华东500kV电网串联谐振型故障电流限制器的保护配置

采用串联谐振型故障电流限制器(fault current limiter,FCL)是解决超高压电网短路电流超标问题的一种新技术手段。文章介绍了华东500kV电网FCL示范工程的选址和主要参数设计等基本情况,阐述了基于晶闸管保护串联电容器(TPSC)技术的FCL的基本原理和主体结构,以及FCL控制保护样机的系统结构和主要功能,详细描述了样机所采用的各类保护配置,并分析了FCL对系统继电保护的影响。对保护配置中最具代表性的线路过电流瞬时保护和金属氧化物限压器(MOV)过电流保护试验数据进行了分析,验证了FCL控制保护样机保护配置的合理性和实用性。

串联补偿型故障电流限制器的研究

介绍了传统故障限流技术发展现状和应用情况.提出了一种具有串联补偿功能的短路故障电流限制器(FCL)-由电容器、限流电感、快速开关、ZnO避雷器、可控火花间隙组成.电网正常运行时,电容和限流电感接入对电网起串联补偿作用,发生短路故障时,快速开关迅速动作FCL呈感性限制短路电流.用MATLAB对单机-无穷大系统发生三相短路故障情况下的系统进行仿真,仿真结果表明该FCL具有限流效果好,限流速度快,无电能损耗的优点.

非超导型故障电流限制器的技术经济分析

从技术和经济两方向分析了不同类型的适用于超高压电网的非超导型故障电流限制器,推荐应用串联谐振式故障电流限制器;还针对几种不同类型的串联式故障电流限制器进行了分析,并介绍了一种新型的饱和电抗器型的串联式故障电流限制器。

串联谐振故障电流限制器在青海西宁地区超高压电网中的应用研究

加装串联谐振故障电流限制器是解决超高压电网短路电流超标的有效措施。分析了串联谐振故障电流限制器的基本原理及安装方案,通过公式推导计算,提出串联谐振故障电流限制器限流参数选择的解析法,为故障电流限制器参数选择提供理论支撑。研究青海西宁地区超高压电网中750 kV母线短路电流超标原因,计算加装故障电流限制器后母线短路电流水平,在此基础上提出限制青海西宁地区750 kV短路电流措施。研究成果可为青海750 kV电网限制短路电流提供借鉴。

串联补偿故障电流限制器的原理及特性

介绍了由补偿电容器和限流电抗器串联构成的串联补偿故障电流限制器 ,其中与电容器并联的固态开关既可以控制串联补偿又可限制故障电流。经仿真分析 ,研究了电流限制器的可行性及对提高系统暂态稳定和设备容量的有效作用。电流限制器是大容量、高电压输电系统有效的保护设备。

基于快速开关的串联谐振型故障限流器的仿真

为限制电力系统短路电流,提出了一种开关作为电容器短路元件的串联谐振型故障电流限制器拓扑。以220kV单相线路为例,利用EMTP软件对这种限流器拓扑的动态工作特性进行仿真分析。提出了2种有效措施,以抑制电流转移过程由杂散振荡导致的电容支路高频过电流和过电压现象,仿真结果表明,在电容支路中串入电抗器比在快速开关支路中串入效果更佳。快速开关的合闸时间对限流效果至为关键,对此做了具体分析。结果指出,快速开关的合闸时间须足够短(10ms以内),才能有效实现故障限流。该故障限流器拓扑结构简单、响应速度快,其中的快速开关只进行快速合闸操作,不需要具备电流开断能力,易设计,造价低廉。

串联谐振型故障限流器对开合空载线路过电压的影响

串联谐振型故障限流器的应用将改变系统自振频率,其对开合超高压空载线路操作过电压的影响有待深入研究。首先,仿真分析了安装故障限流器前后合闸空载输电线路末端过电压波形,理论计算了线路末端过电压自由分量振荡周期、工频分量和自由分量幅值与限流电抗的数学关系,定性总结了不同限流电抗对合闸空载输电线路末端过电压的影响规律。其次,考虑断路器电弧有无发生重燃,分别分析了安装故障限流器前后开断空载线路末端电压波形,得到了电弧重燃时过电压瞬时峰值、自由分量振荡周期与限流电抗的关系曲线。研究结果表明,随着限流电抗的增大,合闸过电压最大值保持不变,开断过电压最大值及开合过电压上升率均呈下降趋势,串联谐振型故障限流器的安装有利于超高压空载线路的开合。

串联谐振型高压故障限流器研究及应用进展述评

近年来,中国部分区域电网短路电流水平(特别是500 kV等级)显著增加,或逼近甚至超过设备遮断容量,制约系统安全可靠运行。相对于传统的被动式短路电流控制措施,故障电流限制器能够主动式地限制短路电流,是具有可观发展潜力的限制短路电流技术。笔者首先介绍了故障限流器的主要分类,其次调查分析了固态故障限流器研究和应用现状,重点展示了串联谐振型故障限流器的拓扑结构和工作原理。最后,针对该型限流器,从系统侧,讨论了安装位置确定、容量选择、布点优化、继电保护整定等外部应用技术问题,从装置侧,讨论了过电压分析、谐波分析和抑制、损耗分析及降损等内部核心技术问题,为中国故障限流器特别是串联谐振型高压故障限流器的深入研发与应用推广提供参考。

故障电流限制器发展现状与应用前景

为了应对电网故障电流水平日益增长的挑战,过去数十年,提出并开发了各类故障电流限制器。但是,除少数例外,适合于商业应用的产品开发却进展缓慢。该文概括介绍了主要限流器的发展现状及技术特点,分析了影响限流器进入电力市场的制约因素。最后,预测了限流器的发展趋势和未来前景,重点讲述为提高限流器的竞争力,近年来技术创新的趋向,包括将限流器的应用扩展到智能电网,通过技术融合进一步改善其技术经济性能等。

基于高可靠性可控多级火花间隙的超高压无源故障电流限制器

为解决超高压电网短路电流水平过高的问题,笔者提出一种基于高可靠性可控多级火花间隙的超高压无源故障电流限制器。与现有超高压电网故障电流限制器相比,这种新型故障电流限制器具有更高的可靠性与动作速度的同时,可以大幅降低造价与运行维护成本,有助于大规模的推广应用。文中介绍了这种新型故障电流限制器的结构与工作原理,通过实验室样机进行的验证实验表明新型限流器能够在25μs内可靠动作;笔者还对这种新型故障电流限制器的控制策略进行了设计并对系统的时序和限流效果进行了分析。

串联谐振式高频链逆变器及电流型解结耦调制

为解决单相高频链矩阵式逆变器在换流时变压器副边后级电路功率器件上存在的电压过冲问题,通过在变压器原边的前级H桥逆变电路中引入LC串联谐振槽的方式,提出一种串联谐振式高频链矩阵逆变器结构,并对此提出一种电流型解结耦单极性调制方法。在所提方案中,高频链变压器前级逆变电路采用脉宽脉位调制(sinusoidal pulse width and position modulation,SPWPM)以输出高频谐振电流,后级矩阵变换器应用电流型解结耦调制策略,通过与前级电路保持同步工作,构造前级输出电流的无中断的流通路径,以避免对变压器副边漏感电流的强制打断,可实现矩阵变换器的谐振软开关安全换流。在重点阐述串联谐振式高频链逆变器的工作原理并分析电流型解结耦单极性调制策略的具体工作模态的基础上,通过仿真和实验验证所提电路及其调制方法的可行性与有效性。

基于超高速开关和串联谐振的冗余保护型故障限流器

针对牵引供电系统供电安全可靠性要求高、短路电流冲击频繁的特点,提出一种具有冗余保护的故障限流器拓扑结构,通过互锁开关将设计的两个保护支路并联,在功能上二者均可单独实现故障电流的限制。其中保护支路I作为正常运行保护回路,采用双分裂电抗器并联电容器和电抗器构成并联谐振回路;保护支路II采用超高速开关与电抗器并联。正常情况下保护支路I投运,保护支路II热备,主控制器通过实时监测系统电流和保护支路I的状态控制保护支路II投切。样机测试表明,该限流器能够在断路器动作之前监测到故障电流并动作,在最大程度上起到了限流作用。

故障电流限制技术及其新进展

负荷中心大电源的投入和系统互联都会大大增加系统的短路电流。如果短路电流超标,则相应设备必须更换,这既需要昂贵的费用也需要较长的工期。故障电流限制器提供了另外一种解决方案。文章首先综述应用于中高压领域的故障电流限制技术;然后介绍成熟的和正在研究的比较有代表性的故障电流限制器,并重点突出基于晶闸管保护型串补的短路电流限制器;最后介绍华东500kV电网故障电流限制器示范工程,给出该工程采用的主电路和过电压保护措施,并展望故障电流限制器的发展方向。

一种改进串联谐振型限流器

串联谐振型限流器(Series-Resonant type Fault Current Limiter,SRFCL)实现故障限流的关键是电容器的旁路(或短路)操作。本文通过引入双分裂电抗器,改变了电容器的旁路方法,实现了对串联谐振型限流器拓扑的改进。在理论上,分析了改进型串联谐振型限流器工作原理,并详细研究了限流过程中双分裂电抗器的电感变化特点。研究了电网稳态时双分裂电抗器绕组自感对限流电抗器和电容器的谐振关系的影响,和故障限流过程中绕组漏感对限流器的限流能力的调节作用和对电容器过流的抑制作用。通过建模仿真,分析了双分裂电抗器的漏感和电容器振荡电流的频率和幅值关系,研究了避雷器(MOV1和MOV2)残压与线路电流和电容器电流的关系。最后,在参数优化的基础上,设计和研制了一台400V改进型串联谐振型限流器样机,测试结果表明了双分裂电抗器能够提高串联谐振型限流器的可靠性和限流能力。

串联型故障电弧检测方法对比分析

由于线路故障位置的不确定性,目前串联型故障电弧检测方法主要基于电流信号分析进行识别。通过对不同负载在串联型故障电弧发生前后的电流波形进行对比,得出了串联型故障电弧电流特性及其变化规律;以串联型故障电弧的电流信号为研究对象,介绍了基于希尔伯特黄变换、信息熵与短时傅里叶变换、小波近似熵与支持向量机的串联型故障电弧检测方法,概述了不同检测方法的故障电弧特征提取过程;对3种串联型故障电弧检测方法优缺点进行了比较,指出基于希尔伯特黄变换、信息熵与短时傅里叶变换的检测方法可有效提取故障电弧发生时电流的时频特性,对提取的时频谱幅值设置合适的阈值即可作为串联型故障电弧识别的依据,但准确性和实时性不高,而基于小波近似熵与支持向量机的检测方法可直接提取近似熵作为支持向量机的输入来识别串联型故障电弧,具有较高的准确性和实时性,更适用于煤矿现场。

环境湿度影响下串联型故障电弧特性分析

电气连接点是发生串联型故障电弧的主要位置,常暴露于高湿的空气中。为分析环境湿度影响下串联型故障电弧的特性,在不同环境相对湿度、电源电压和回路电流条件下,进行了一系列串联型故障电弧正交模拟实验,获得了不同实验条件下的故障电弧电压、故障电弧电流信号,并对其进行了小波阈值降噪处理;然后分析了环境湿度对故障电弧接触电阻及故障电弧电流的零休时间、故障电弧电流峰值、燃弧电压尖峰值及熄弧电压尖峰值的影响。研究发现:环境湿度越高,故障电弧电阻越大,稳定燃烧的故障电弧电流信号零休时间越长,故障电弧电流峰值越小,即环境湿度影响了串联型故障电弧的伏安特性。所得结论对于研究故障电弧的特性、提高供电系统的可靠性具有积极意义。

非超导型故障电流限流器的展望

通过对现有国内外故障电流限制技术和产品进行综述与展望,分析了限流电抗器和故障电流限制器各自的特点,重点分析了超导故障电流限制器的类型。

连接点通断频率对串联型故障电弧特性的影响

基于自制的振动平台开展了串联型故障电弧振动实验,获取不同振动频率时的电流和电压数据,分析了不同电源电压、电流、功率因数时,振动频率对电流有效值、零休时间和电压峰峰值的影响规律,研究了不同振动频率下串联型故障电弧的伏安特性,并分析了振动频率影响串联型故障电弧特性的原因,研究成果对今后开展故障电弧诊断工作具有积极意义。

具有限流功能的串联电压源型逆变器研究评述

含串联电压源型逆变器(SVSI)的电力电子装置使得电网更加灵活、可控,然而,电网短路故障下的此类电力电子装置保护问题研究十分重要。在分析含串联电压源型逆变器常见设备类型安全性问题的基础上,提出了具有限流功能的串联电压源型逆变器(SVSI-FCL)概念;从控制策略优化、拓扑结构改进两个方面,详细评述了国内外相关SVSI-FCL的研究进展,重点介绍了一种新兴的SVSI-FCL技术。在此基础上,总结了SVSI-FCL系统研制的关键问题。最后,探讨了SVSIFCL装置的应用前景。