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Nov 14, 2018

串联谐振式限流器仿真如何研究?

    华超电力是一家专业研发生产串联谐振的厂家,本公司生产的串联谐振设备在行业内都广受好评,以打造具权威的“串联谐振“高压设备供应商而努力。
 
    近年来随着我国电力建设的迅速发展,电网结构和系统容量不断扩大,许多地区特别是经济较发达地区的系统短路电流水平已经直逼甚至超过国家有关电力规程所规定的允许范围。如有资料计算表明,三峡电站可能的最大短路电流周期分量高达300kA,一些大型发电厂出口或厂站高压变电站出口的最大短路电流也高达100~200kA。
串联谐振
 
    目前国际上只能制造最大遮断电流100kA的GIS断路器,我国尚无此类断路器生产能力。可以采用分层、分区甚至解列运行,或者串联普通电抗器等措施限制系统短路电流,但这些常规限流措施一般都受系统网架结构、运行方式、安全稳定性等因素的制约,限流效果有限,且存在负面影响(如降低系统正常运行时的供电可靠性与运行灵活性、存在压降损耗和操作过电压隐患等)。因此,研发新型限流技术与装置,确保电力系统正常运行时尽量减小或消除不利影响,发生短路故障时能够有效抑制系统短路容量(短路电流),从而减轻断路器等系统电气设备的负担,提高其工作可靠性和使用寿命,进而提高电力系统运行安全可靠性,已成为当前电力系统及进一步发展中急需解决的迫切问题。
 
    早在上世纪70年代,国际上就有人提出了“短路限流器”方案;美国电力科学研究院EPRI(ElectricPowerResearchInstitute)曾在上世纪90年代初组织专家组对配电网络的各种限流技术进行了专门的调研,认为应用电力电子技术发展固态限流器(是较现实的技术途径,并给出一种建议的基于GTO的固态限流器实现方案。在EpRI调研报告的推动下,全球兴起了研究短路电流限流技术、特别是应用电力电子器件研发固态限流器的热潮,出现了串联谐振式(简称串谐式,下同)限流器、带固定串补及可控串补功能的谐振式限流器以及其他类型的固态限流器。这些故障限流器各有特点,本文仅对串谐式限流器及其在系统发生短路时的运行工况进行较为深入的仿真研究。
 
    串谐式限流器
 
    1.工作原理
 
    已有不少文献研究讨论串谐式限流器方案,图1给出了几种典型拓扑。
 
    尽管串谐式限流器的拓扑结构不尽相同,但其工作原理相似。以图l(a)为例,工作原理简介如下:正常运行时,开关K断开,选择合适的L与C,使其发生串联谐振,限流器的等效阻抗接近于零;线路发生短路故障时,开关K导通使c短接,L串入线路限流故障电流(三值决定故障限流水平)。
 
    串谐式限流器适用范围串谐式限流器在不同电压等级系统中应用时,其所需的电容量从而占用空间体积差别很大。表l给出了串谐式限流器应用在35、110、220、500kV系统中,且要求稳态短路限流值分别为10、20、30kA时,其所需的电容、电感值(忽略系统内感)。
 
    串谐式限流器具有原理、拓扑结构简单,正常运行模式下功耗接近于零、不影响系统运行、能实现串补功能,故障限流模式下能够实现有效限流、便于与继电保护配合等优点。
 
    本文对串谐式限流器从正常运行模式向故障限流模式过渡过程中的转移电流等进行了仿真研究,得出以下几点结论,这些结论在实际应用中应引起注意。
 
    1)串谐式限流器从正常运行模式切换到故障限流模式过程中,其谐振电容C与转换开关K之间会产生高频振荡转移电流,并在C两端引起振荡过电压,且振荡电流幅值与转换开关的闭合时间成振荡增幅关系、振荡电压幅值随着转换开关闭合时间的延迟成阶梯上升关系。
 
    2)在谐振电容C支路中串入适当的电感厶c可有效降低上述高频振荡的频率和幅值,但会抬高振荡回路中的临界阻尼电阻值,从而延长振荡衰减时间。
 
    3)可在转换开关K支路中串入适当阻尼电阻(如临界阻尼电阻的1/10)加速振荡衰减过程,但在短路限流期间阻尼电阻将要流过全部短路电流,因此其功耗极大,选择时应充分考虑承载容量。
 
    4)串谐式限流器应采用高速转换开关,确保线路发生短路时能够以最快的速度短接电容器、进入故障限流模式,否则其电容器及转换开关将工作在极其恶劣的条件下。
 
    5)在短路限流期间(断路器未跳闸切断故障回路之前)串谐式限流器的转换开关将承受全部系统短路电流与电容高频振荡电流,当其采用功率半导体器件构成时,应充分考虑能够承受这种运行工况。

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