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。

串联谐振式限流器的仿真研究

串联谐振式限流器具有工作原理、拓扑结构简单等优点,且对于高压系统,其一次回路参数能够做到合理配置;但在电网发生短路故障进入短路限流工况过程中,其电容器及并联转换开关将工作在相当恶劣的条件下。应用Matlab软件对上述情况进行了建模仿真研究,得出如下结论:①闭合转换开关短接电容器使限流器从正常运行模式切换到短路限流模式过程中,将在电容与转换开关之间产生电压(电流)的高频振荡,且振荡电压(电流)的幅值与转换开关的动作速度成振荡增幅关系;②当转换开关采用功率半导体器件构成时,要求控制系统快速响应短路故障闭合转换开关,否则极易因振荡过流(过压)而损坏;③在限流器进入短路限流模式但继电保护尚未动作于断路器切断故障回路期间,转换开关将承受全部短路电流以及振荡电流,采用电力电子型转换开关时,其功率半导体器件的容量必须按这种工况进行选择。

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。

串联谐振式限流器对操作过电压的影响及分析

串联谐振式故障电流限制器(SRFCL)是目前最有希望在超高压电网中应用的限流器。笔者采用EMTP和PSCAD电磁暂态仿真软件,以500 kV电网中不同位置安装15Ω串联谐振式限流器为例,计算和分析了SRFCL对操作过电压的影响。其中工况包括:①开断空载线路操作过电压;②单相接地故障导致三相甩负荷引起的操作过电压;③三相甩负荷操作过电压;④单相自动重合闸操作过电压。分析结果认为:SRFCL对②、③、④影响很小,而对①具有明显影响。笔者还对影响的机理和因素作了分析,这些可以为SRFCL在超高压电网中的应用提供参考。

串联谐振型限流器主电路的设计

限流器面临的是故障电流工况,传统过电压保护技术不适合限流器装置.为了得出参数的合理范围,建立了阻抗模型,得出了限流指标与限流参数的函数关系.为了降低晶闸管阀电流应力水平,研究了保护装置换流过程,分析了故障状态下晶闸管阀的应力水平.对主电路结构进行了优化设计,提出了新型过电压保护电路方案.

串联谐振型短路限流器对次同步谐振影响的研究

介绍了串联谐振型短路限流器的结构、原理以及次同步谐振的机理。以广东电网2015年丰大、丰小、枯大3种运行方式的规划数据作为研究对象,采用状态空间分析法分析了在典型电厂电力送出线路上加装串联谐振型短路限流器对发电机组次同步谐振特性的影响,计算系统次同步频率范围内的特征值,并以此分析系统的稳定性。结果表明,串联谐振型短路限流器会引发系统次同步谐振,在工程应用中应重点关注该问题。

超高压电网串联谐振型短路电流限制器关键技术

串联谐振型短路电流限制器是目前解决超高压电网短路电流水平超标的一种有效手段,电容器组旁路装置的性能与限流深度是串联谐振型短路电流限制器研究中的2个关键技术问题。结合前人的工作,针对这2个技术问题进行了研究,提出了新型串联电容器组旁路装置以及可变阻抗电抗器,可以有效提高超高压电网串联谐振型短路电流限制器的限流效果。对超高压电网短路电流限制器的研究现状进行综述,对串联谐振型限流器的2个关键技术问题——电容器组旁路装置与限流深度进行了分析,介绍了新型串联电容器组旁路装置的原理、结构并对其性能进行了分析。新型旁路装置在可靠性、动作速度、通流能力以及经济性方面都有很高的性能。介绍了可变阻抗限流电抗器的原理、结构并进行了验证性试验,经试验验证阻抗可提高100倍以上。

限流器晶闸管阀自触发保护动作电压阈值设计

为提高串联谐振型故障限流器(series resonant fault current limiter,SRFCL)旁路电路的可靠性,减小谐振电容的氧化锌避雷器(MOV)能量消耗,研究了晶闸管阀自触发保护动作电压阈值设计方法。限流器控制器失灵是最恶劣的故障态,只能依赖晶闸管阀自触发保护即击穿二极管触发晶闸管(break over diode,BOD)。设计了BOD动作时序,从动作时间和避雷器能耗角度分析阈值影响因素。BOD动作电压阈值决定了晶闸管阀过电压保护水平和触发时间。电压阈值设置低,BOD保护会和保护判据竞争;电压阈值设置高,避雷器能耗水平会提高。以华东电网限流器示范工程为背景,建立限流器仿真模型,通过大量仿真计算,总结了电压阈值变化对避雷器能耗水平影响规律,提出了电压阈值设计指标。研究结果对工程设计具有指导意义。

基于限流器本体信号的短路故障快速识别方法

短路故障快速识别是串联谐振型限流器控制策略的重要环节。文章利用限流器谐振元件电压差在短路故障时会发生突变的机理,提出谐振电压差识别方法。从合闸角和故障距离等参数角度分析了识别方法的时间特性,搭建了基于可编程技术的触发系统,用模型实验验证了所提方法的快速性。仿真结果表明谐振电压差法响应速度快,而且不受故障参数变化的影响,但会受到断路器开闭操作的干扰,因此谐振电压差法需和短路电流瞬时值法相互配合。模型实验表明谐振电压差法能在1 ms内发出故障判据信号,从而能极大地提高限流器工作的快速性。

高压及超高压故障电流限制技术分析

220kV和500kV高压及超高压故障电流限制技术被认为是保障大电网安全稳定运行、提高供电可靠性和灵活性的有效途径。本文结合国内外高压及超高压领域的几个限流器工程示范项目,对比分析串联电抗限流技术、串联谐振限流技术、分裂电抗开断技术、超导限流技术以及其他混合限流技术的原理、设计和制造关键技术、可靠性和造价,并对各种限流技术的优缺点进行了评述。

电网串联谐振式电流限制器应用探讨

采用故障电流限制器来抑制电网故障时的短路电流是保证断路器遮断容量不致超限的有效方法。针对上海电网中持续增长的短路电流水平,讨论了几种限制故障短路电流的措施和方法。对超导型和基于FACTS技术的固态故障限流器的应用状况进行了研究,提出了在超高压电网中串联谐振式限流器的几种应用方案。最后探讨了串联谐振式限流器对继电保护和电网过电压的影响。

SRFCL对高压断路器出线端短路时恢复电压的影响

为了使串联谐振式限流器(SRFCL)能在超高压电网中投入实际应用,通过原理分析、公式推导以及结合电磁暂态计算软件的仿真计算,研究了SRFCL故障电流限制器对高压断路器出线端短路时恢复电压的影响。结果表明:限流电感的端口等效电容对恢复电压上升率具有显著的影响作用。在500kV系统算例中,当限流电抗器的电感值为20mH、等效电容取2nF时,加入限流后恢复电压的上升率提高了12.35倍,第一参考电压提高了21.7%。恢复电压上升率的大幅提高将严重影响断路器的开断。