多目标控制电网短路电流限制装置

示 。该 方案将传统的 串联 限流 电抗器 和并 联 Ｖ Ｓ Ｃ电压源型换流器有 机结合 ， 不但能在系统发 生短路故障 时有效 限制故 障电流 ， 还能在 系 大容量远距 离输 电为我 国东部 沿海等符负荷 中心提供 了大量 的 统正常运 行时 ， 提 供无功 、 谐波 、 负序 电流 等电能质量 问题 的综合 补 电能 ． 同时也充分利用了西部地区的煤炭等资源 。但是随着容量 的增 偿 。不但显著提 高了限流系统 的实用性和可靠性 ， 还实现 了对 电网的 长和电网联系度的更为密切．其过大 的短路 电流如果不能及 时处理 ． 多目 标控制效果 。 很可能造成大面积的电网解列 ． 给社会功能 的正常运转造成极大损失 第蟪 非 螗性盘蕾 和不便＿ １ ］ 。 为应对短路 电流造成的威胁 ， 目前往往 是对现有设备进行升 级． 但这样不仅成本 高， 而且有其 固有 的技术和物理限制。 当短路容量 超过断路 器的遮 断容量时 ， 断路器将无法正常工作［ ２ １ 。 而盲 目 提高断路 器的遮断容量． 技术难度大 ， 经济性差。此外 ， 断路器的分闸时间长达 ２ ０ — １ ５ ０ ｍ ｓ ． 而短路 电流 的峰值通 常出现在第一半 波（ ２ ５ ｍ ｓ ） 前后 。即使 断路器有足够的遮 断容量 ． 它也无法使设备免受短路电流峰值引起 的 电动力和热冲击 本文首先分析了短路电流的类 型和危 害． 介绍 了传 统的限流措施 ． 然后提 出了基于 串联限流和并联补偿相结合的多 目标 控制电网短路电流限制装置 ． 为解决过大的短路电流问题提供 了新 的
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多 目标控制 电网短路电流限制装置
许 晖 尹 忠东 （ 新能源电力系统国家重点实验室＜ 华北电力大学＞ ， 中国 北京 １ ０ ２ ２ ０ ６ ）
【 摘 要】 随着人们 对电量 需求的增 长和对 电能质量要 求的提 高， 大容量远距 离的 电能输送变得更为重要 ， 电网间的联 系程度也愈加密切 。
２ 短 路 电流 的 限制 方 法
２ ． １ 常 此外 ， 由于 串联 限流电抗器 的影 响 ， 负荷侧 要 比没有 串联限流电抗器时产生更显著的电压降落 ． 因此负荷侧的逆 变器还实施 负荷 电压 支撑 ． 补偿 串抗引起 的电压降落 ． 使得 负荷侧 电 压保持额定电压水平。当负荷侧发生短路故 障时 。 负荷侧逆变器迅速 封锁 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 触 发脉冲 ． 退出补偿状态 。 此时限 流电抗器发挥 限流作用 ，
相接地短路 、 两相短路 、 两相接地短路和三相短路。 根据短路 隋况 的不
同． 其可能只影响局部 区域 的正常供 电． 也 可能造成大 面积的电 网瘫 痪 其危害包括 ： （ １ ） 由于电动力效应 ， 短路电流使导体间产生很大 的 机械应力。 如果导体强度不 够， 设备将会损坏 。 （ ２ ） 随着短路 电流 的增 大． 必须要对原有 的所有相关 电气设备进行改造 和升级 ， 投资巨大 、 工 期长 ． 造成电网长期工作在不正常工作状态。 （ ３ ） 短路 电流使得系统 的 电压大幅度下降 ． 电动机 的电磁转矩随之减小。而系统中 比例最大的 负荷就是 异步电动机 。 这将大大威胁负荷的安全运行 。 （ ４ ） 若不能及时 切断短路 电流， 并列运行 的同步发电机会解列 ， 破坏 系统稳定 ， 这也是 短路电流造成的最严重 的后果 。 （ ５ ） 不对称短路产生 的不平衡 电流 ， 会 出现零序不平衡磁通 ． 这会对 附近的通信线路造成干扰 。 （ ６ ） 短路 电流 引起的电弧可能烧坏 电气设备 ． 同时引起设备发热 ， 威 胁绝缘 、 降低使 用寿命
而这也导致电力 系统的短路 电流 急剧增 大， 给 系统安全造成极 大隐患。本文提供 了一种基于 串联限流和并联补偿 相结合 的多 目标控制短路 电 流的限制装置 ， 实现快速限制短路 电流的 同时， 还能有效改善电能质量， 提 高系统的安全性能 。
【 关键词】 短路 电流； 容 量； 多目 标控制 ； 限流
０ 引 言
途 径
１ 短 路 电流 的类 型 和 危 害
短路就是不 正常的相一 相之间或 相一 地之间发生通路 的情况 电力 系统的故障多半是 由短路 电流引起的 ．在一些大型发电站的 出口处 ． 短路电流最 大值 可达 １ ０ ０ — ２ ０ ０ ｋ Ａ 。 在三相 系统中 ， 短路类型可分为 ： 单
将短路 电流限制到规定的限值 通过 电气仿 真软件 可以得出 ：假定在 １ ． ０ ｓ 时刻负荷侧 Ａ相发生
一
为应 对短路电流 ． 可 以发展 高一级 电压水 平的电 网． 并让低 压电 网按供 电区域的不 同分 片运行 ． 即实现 电网分 层分 区运行 ， 这 是最主 要最有效的限制短路 电流 的方式 ： 母线分段 运行方式能够通 过增加 系统阻抗来有效 降低短路 电流水平 ． 但是这样做会 削弱系统间的 电气 联系 ． 降低安全裕度 ： 采用直流输电 ， 用直流背靠 背装 置将 电网分成几 个相对独立的小交流 系统 ．可切断交流 系统之间 的短路 电流联系通 道， 但此法不适用于小容量短距 离输电 ， 且投 资较大 ； 加装 限流电抗 器、 高 阻变压器 、 更换相应 电气设备 ， 可有效控 制下游 电网的短 路电 流． 但是这些设备在稳态运行 时会 消耗大量无 功功率 ． 会带来新 的问 题． 并 且也增加 了成本 。 虽然上述方法都可 以在一定程度上限制 短路 电流 ． 但 仍有众多不 足． 在某些方面是 以牺牲电网其他质量指标 为代价 的。因此需 要研究 个 既能有效限制短路 电流 ．又不会给 电网带来 附加不 良影 响的方
图 １ 多 目标 控 制 电 网 短 路 电 流 限 制 装 置 原 理 图
如图 １ 所示 ． 装 置由串联电抗器和背靠背并联 Ｖ Ｓ Ｃ换 流器构成 ． 串联 电抗 器串联在线路 中， 电抗器两端并联有 两组 Ｖ Ｓ Ｃ换流器 。 两组 换流器 的直流母线连接到一起 ， 构成背靠背系统。其工作原理如下 ： 系统正常运行 时 ． 电源侧换 流器工作于可 控整流状态 ． 维持直流 母线 电容 电压恒定 ．负载侧换 流器工作 于逆变 状态 ，对负荷无功 、 谐