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基于耦合电感的直流故障限流器

电力自动化设备 2024年第4期44卷 82-87页

作者：张烁邹贵彬张成泉魏秀燕周成瀚山东大学电气工程学院山东济南250061 国网山东省电力公司潍坊供电公司山东潍坊261021

柔性直流电网存在故障电流上升速度快、幅值高,感性元件储存能量大等问题,这造成故障电流难以分断,并且使得直流断路器的耗能支路承受巨大压力。为了限制故障电流峰值并且降低直流断路器耗能压力,提出一种基于耦合电感的直流故障限流器... 详细信息

柔性直流电网存在故障电流上升速度快、幅值高,感性元件储存能量大等问题,这造成故障电流难以分断,并且使得直流断路器的耗能支路承受巨大压力。为了限制故障电流峰值并且降低直流断路器耗能压力,提出一种基于耦合电感的直流故障限流器。当发生短路故障时,该故障限流器利用电感耦合特性等效投入电阻与电容组成的限流支路,以实现无延时的故障限流;当直流断路器分断故障电流时,该故障限流器利用耗能电阻耗散耦合电感储存的能量,从而分担直流断路器耗能压力,以达到降低避雷器容量需求、加快故障电流分断速度的目的。大量电磁暂态仿真结果表明,所提故障限流器具有良好的限流效果,能极大降低直流断路器的耗能压力。且该故障限流器制造成本低,易于实现。

关键词：柔性直流电网直流故障限流器耦合电感直流断路器耗能压力

直流混合型断路器与直流故障限流器的匹配研究

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电工电能新技术 2016年第9期35卷 21-28页

作者：张翀邱清泉张志丰肖立业夏东中国科学院应用超导重点实验室北京100190 中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

目前,直流断路器的开断容量还难以达到直流电网的要求,通过限流器和断路器的配合是解决问题的有效方式之一。本文在分析混合型直流断路器开断原理及其特性的基础上,对断路器与直流限流器的配合问题进行研究。首先,以ABB公司混合型直流... 详细信息

目前,直流断路器的开断容量还难以达到直流电网的要求,通过限流器和断路器的配合是解决问题的有效方式之一。本文在分析混合型直流断路器开断原理及其特性的基础上,对断路器与直流限流器的配合问题进行研究。首先,以ABB公司混合型直流断路器为例,通过PSCAD/EMTDC软件建立仿真模型,对其开断原理和过程进行分析;然后,根据直流电网电压等级、开断电流大小和开断过程IGBT承受电压电流等不同要求,研究限流器对断路器的影响,进而确定匹配原则;最后,通过故障状态分析计算确定限流器的参数。

关键词：直流故障限流器混合断路器限流开断配合

交直流混合配电网直流故障限流器拓扑及工作原理综述

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广东电力 2020年第12期33卷 102-108页

作者：葛雪峰张亮李丹栋史明明袁宇波水恒华尹靖元国网江苏省电力有限公司电力科学研究院江苏南京210000 南京工程学院电力工程学院江苏南京210000 中国科学院电工研究所北京100190

随着分布式电源和电力电子类负荷的高比例接入,交直流混合配电网受到广泛关注和实践探索,其中直流短路故障的电流限制是交直流混合配电网研究热点,为此重点讨论几种典型的直流故障限流器和工作原理。首先,总结了交直流混合配电网中直流... 详细信息

随着分布式电源和电力电子类负荷的高比例接入,交直流混合配电网受到广泛关注和实践探索,其中直流短路故障的电流限制是交直流混合配电网研究热点,为此重点讨论几种典型的直流故障限流器和工作原理。首先,总结了交直流混合配电网中直流故障限流器的性能参数要求,包括直流故障限流器工程应用场景与电压等级;其次,详细分析了超导型、机械开关型和多功能新型直流故障限流器等3类典型直流故障限流器的电路拓扑结构与工作原理,重点讨论了上述不同类型直流故障限流器工作过程、性能特征以及所存在的不足。最后,对未来交直流混合配电网直流故障限流器发展趋势进行了展望。

关键词：交直流混合配电网直流故障限流器超导机械开关多功能

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一种新型直流故障限流器拓扑

自动化与仪表 2021年第11期36卷 1-5,10页

作者：郝晓弘黄伟裴婷婷张太鹏兰州理工大学电气工程与信息工程学院兰州730050

基于模块化多电平换流器的高压直流输电技术迅速发展,直流侧短路故障电流的限制与开断困难等问题已然成为研究热点。故障限流技术能够快速的限制短路电流的峰值与上升率,为直流断路器的快速隔离提供有利条件。该文提出一种新型直流故障... 详细信息

基于模块化多电平换流器的高压直流输电技术迅速发展,直流侧短路故障电流的限制与开断困难等问题已然成为研究热点。故障限流技术能够快速的限制短路电流的峰值与上升率,为直流断路器的快速隔离提供有利条件。该文提出一种新型直流故障限流拓扑,通过在故障过程中降低等效电感、快速投入吸能电阻以及配合直流断路器,来降低短路电流的峰值、抑制电流的上升率和降低直流断路器中避雷器吸收能量,最终实现直流侧短路故障电流的快速清除。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真验证该拓扑的有效性,仿真实验结果表明,所提新型直流限流器能够降低直流故障电流峰值(降幅达57.4%)、电流上升率(抑制率达50.3%)以及直流断路器中避雷器吸收能量。

关键词：高压直流输电模块化多电平换流器双极短路故障直流故障限流器拓扑

环网式直流微网短路故障下断路器与限流器优化配置方法

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中国电机工程学报 2018年第23期38卷 6861-6872页

作者：年珩孔亮浙江大学电气工程学院

短路故障保护是环网式直流微网(DCmicro-grid,DCMG)安全、可靠运行的保障,故障限流器(faultcurrentlimiter,FCL)限流后使用断路器(circuit breaker,CB)切断故障线路是一种高效、可靠的DCMG短路故障保护方法。环网式DCMG拓扑结构复杂、... 详细信息

短路故障保护是环网式直流微网(DCmicro-grid,DCMG)安全、可靠运行的保障,故障限流器(faultcurrentlimiter,FCL)限流后使用断路器(circuit breaker,CB)切断故障线路是一种高效、可靠的DCMG短路故障保护方法。环网式DCMG拓扑结构复杂、支路之间存在强耦合,增加了环网式DCMG中CB和FCL优化配置的难度。该文通过建立短路故障下DCMG简化模型和短路故障后各时刻流过CB电流的解析表达式,以CB分断电流能力、FCL限流电感值整体最优为目标,以CB短路分断能力为约束条件,构建CB与FCL的优化配置模型,并通过改进快速非支配排序遗传算法(non-dominatedsortinggeneticalgorithm-II,NSGA-II)实现CB与FCL的优化配置。最后,对11节点DCMG模型中CB与FCL优化配置进行求解,并与非支配排序遗传算法(non-dominatedsortinggeneticalgorithm,NSGA)进行对比。结果表明,该文提出的基于改进NSGA-II算法的环网式DCMG中CB与FCL优化配置方法能够快速得到可靠性高、成本低的CB与FCL优化配置方案,具有较好的适用性,能够满足DCMG规划要求。

关键词：环网式直流微网直流断路器直流故障限流器短路故障第二代非支配排序遗传算法

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柔性直流系统的混合式故障限流器研究

柔性直流系统的混合式故障限流器研究

作者：贾涵茹天津大学

学位级别：硕士

基于模块化多电平换流器的柔性直流系统故障发展速度快、短路电流幅值高,对系统安全运行造成极大挑战。有效的故障限流能够防止设备损毁,实现系统可靠故障穿越,是保障柔性直流系统安全可靠运行的关键技术。为此,论文重点开展了柔性直流... 详细信息

基于模块化多电平换流器的柔性直流系统故障发展速度快、短路电流幅值高,对系统安全运行造成极大挑战。有效的故障限流能够防止设备损毁,实现系统可靠故障穿越,是保障柔性直流系统安全可靠运行的关键技术。为此,论文重点开展了柔性直流系统故障电流计算、故障限流器拓扑结构优化与参数设计、限流器接入对系统稳定性影响等方面的研究工作。论文针对两端/多端柔性直流系统构建了故障等值网络,提出了故障电流精确求解方法,理论分析与仿真验证结果较好地吻合,证明了故障分析的正确性和有效性。论文研究指出柔性直流系统发生故障后短路电流变化速度快、幅值高,给设备安全,故障辨识和故障隔离带来了严峻的技术挑战,对直流故障限流提出了更高的技术需求。在晶闸管控制的电感型故障限流器基础上,论文提出了一种电感电阻混合式的直流故障限流器拓扑,通过并联电阻降低限流器对系统稳定性的影响,利用晶闸管与二极管并联支路实现限流电感的快速耗能。新型故障限流器所需晶闸管数量少,且仅需配置于直流换流站出口,极大降低了柔性直流系统配置限流器的造价成本。在保障换流站实现可靠故障穿越的基础上,论文给出了故障限流器限流电感、并联电阻以及吸能电阻的参数设计方法。基于换流站出口故障电流的计算方法,论文计算了限流器所需电力电子器件的数量。论文在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了四端环状柔性直流配电网,仿真验证了所提限流器的限流效果以及参数设计的合理性。结合新型直流故障限流等效电路,论文推导了含直流故障限流器的换流站电流动态模型,结合换流站控制系统动态模型,建立了包含新型直流故障限流器的柔性直流系统时域小信号动态数学模型。通过小信号模型空间状态矩阵的特征根轨迹分析了阻感混合式故障限流器中电阻、电感参数变化对系统稳定性的影响。结果表明,并联电阻能够有效消除限流电感对系统暂态响应和稳定运行的不利影响。在PSCAD/EMTDC中的仿真算例验证了小信号模型的准确性以及限流器并联电阻改善系统稳定性的可行性与有效性。

关键词：柔性直流系统直流故障限流器晶闸管参数设计稳定性

基于MMC-HVDC的直流侧故障分析及保护方案研究

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同方学位论文库

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基于MMC-HVDC的直流侧故障分析及保护方案研究

作者：黄伟兰州理工大学

学位级别：硕士

基于模块化多电平换流器的高压直流(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)输电是未来直流电网发展的重要趋势,它具有有功功率和无功功率可独立控制、电压等级易拓展以及谐波含量低等优点。但直流... 详细信息

基于模块化多电平换流器的高压直流(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)输电是未来直流电网发展的重要趋势,它具有有功功率和无功功率可独立控制、电压等级易拓展以及谐波含量低等优点。但直流电网的“低惯量、弱阻尼”特性,使得直流侧故障电流发展迅速,对系统的稳定运行造成严重威胁。因此,引入限流技术的研究,能够有效地限制故障电流水平,进而实现直流断路器的安全、可靠分断。本文主要工作如下:首先,对MMC的拓扑结构、工作原理及调制方式等内容作了深入的探究,为直流侧故障特性分析提供了重要的理论支撑。针对MMC-HVDC系统的三种典型直流侧故障,重点推导了发生双极短路故障后的电流表达式,并且利用PSCAD/EMTDC仿真平台对直流侧故障的分析结果进行仿真验证,仿真分析表明在换流站闭锁前及时投入限流措施,能够有效抑制由于子模块电容快速放电而导致故障电流的急剧增大,同时降低或避免了换流站闭锁的情况,为后面引入限流保护方案奠定了基础。其次,为解决传统直流断路器仅具备故障隔离作用而不具备限流功能这一现实问题,本文提出一种新型直流限流器(Fault Current Limiter,FCL)拓扑,作为抑制过电流的有效辅助方法;进一步考虑到后续直流断路器的可靠性分断,提出了新型直流限流器与直流断路器(DC Current Breaker,DCCB)配合的保护方案,通过在故障过程中及时投入新型限流器中的限流支路,实现对故障电流的限制,同时配合直流断路器加快了故障隔离速度。通过PSCAD/EMTDC仿真平台,验证了所提新型直流限流器能够有效地限制故障电流水平,并降低了避雷器的耗能压力,提高了直流断路器切除短路故障的能力。最后,为进一步研究直流侧故障电流水平高、分断困难等问题,提出一种结合限流电路的混合直流断路器保护方案。通过引入电感限流回路、电容放电回路以及电阻-电容缓冲支路来降低故障电流的峰值和上升率,实现故障电流的快速清除。文中分别对稳态运行、限流和断路过程三个方面进行了详细分析和理论推导。基于PSCAD/EMTDC仿真平台,验证了所提保护方案不仅能够显著降低故障开断过程中的电气应力,同时降低了直流断路器的分断难度。

关键词：高压直流输电模块化多电平换流器直流短路故障直流故障限流器直流断路器拓扑

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轻型直流输电系统故障限流技术的研究及应用

轻型直流输电系统故障限流技术的研究及应用

作者：陈家帅西南交通大学

学位级别：硕士

直流输配电技术已经在高压直流输电、直流配电、地铁和船舶等领域有了广泛的应用。当直流输配电线路发生短路故障后,线路的电流上升率高、电流幅值大,导致直流断路器难以开断故障电流。限制短路电流的技术成为了直流系统可靠运行的重要... 详细信息

直流输配电技术已经在高压直流输电、直流配电、地铁和船舶等领域有了广泛的应用。当直流输配电线路发生短路故障后,线路的电流上升率高、电流幅值大,导致直流断路器难以开断故障电流。限制短路电流的技术成为了直流系统可靠运行的重要保障。本论文以设计一种直流故障限流器的拓扑结构为研究对象,并将其应用在以轻型直流输电系统为代表的直流系统中,以限制短路电流的上升率和幅值。首先,本论文详细介绍了轻型直流输电系统的结构、工作原理和直流侧的运行方式,总结了轻型直流输电系统的优势与存在的问题。然后在Simulink仿真平台上搭建了一个受端为无源负荷的轻型直流输电系统的模型,通过仿真得到系统在正常运行情况下的各电压和电流波形,再用故障发生模块制造直流输电线路首端、中间、末端的单极接地故障和双极短路故障,得到直流侧的短路电压和电流波形。本论文在总结已有直流故障限流器拓扑结构特点的基础上,设计了一种改进型直流故障电流限制器的拓扑结构,介绍了该故障限流器的结构和工作原理,并在Simulink平台上搭建该改进型直流故障限流器的模型,通过仿真验证了该故障限流器的限流功能。该限流器利用电流转移原理将短路电流转移到限幅值支路,再利用斩波控制的方式限制短路电流的幅值。在改变该限流器内部元件的参数后再次对限流器的限流功能进行仿真,以确定每个元件对限流器的各项性能指标的影响。然后,本论文设计了一种限流器投入限流与退出运行的具体方案。最后,将该改进型直流故障限流器的模型安放在轻型直流输电系统的模型中,以验证该限流器在直流系统的限流效果。

关键词：轻型直流输电系统直流故障限流器拓扑结构电流转移原理斩波控制

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柔性直流电网故障限流技术的研究

柔性直流电网故障限流技术的研究

作者：张孝荟贵州大学

学位级别：硕士

随着“碳达峰、碳中和”目标的提出,全球范围内光伏、风电都被大规模的开发利用,其装机容量被不断增加。基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流电网能最大限度的接纳各种可再生能源并网,实现区域电网的... 详细信息

随着“碳达峰、碳中和”目标的提出,全球范围内光伏、风电都被大规模的开发利用,其装机容量被不断增加。基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流电网能最大限度的接纳各种可再生能源并网,实现区域电网的异步互联,被认为是建设新型电力系统的重要发展方向。然而,其“惯量低、阻尼小”的特性,使得电网直流侧故障发展迅速,严重危害着换流站的安全运行。本文紧紧围绕柔性直流电网故障限流这一主题,从多个角度研究限流措施,其主要工作如下:(1)从改进半桥型MMC换流站控制策略的角度出发,提出一种基于直流电流前馈控制的源侧降压虚体限流技术。该限流策略通过对直流电压参考值的重构,来减少故障期间投入子模块的数量,等效降低换流站出口处直流电压,以此达到限流目的。所提自适应限流策略控制简单,易于实现,不影响换流站的正常运行,且不需要对换流站进行额外投资,具备一定的工程应用前景。(2)从增大网侧阻抗的角度出发,提出一种基于混合式直流故障限流器的网侧增阻实体限流技术。给出所提故障限流器的拓扑结构,详细分析限流器在故障不同阶段的限流原理,阐明故障电流在限流器作用下发展的整个过程。对故障限流器进行整体设计,给出换相电容预充电方案、主要限流元件的参数选择。同时,将本文所提故障限流器与同类型混合式故障限流器进行对比分析,总结出本文所提故障限流器的优势。(3)将源、网限流措施相结合,给出柔性直流电网故障电流抑制的协调配合方案。首先,探讨了所提故障限流器在直流电网中的启动判据以及限流器在直流电网中的空间配置方案。然后,基于故障回路的阻尼特性,对源侧降压、网侧增阻两种限流方案的限流机理进行详细阐述,并给出源、网协同限流开断方案。仿真表明,源、网协同限流策略能大幅降低直流故障电流的开断难度,使得换流站实现无闭锁故障穿越,对于直流电网的稳定运行意义显著。

关键词：模块化多电平换流器柔性直流电网直流故障特性自适应限流策略直流故障限流器直流故障限流机理直流断路器