桥式故障限流器的研究
桥式超导限流器与电力系统距离保护配合问题研究及算法改进
特点 ， 出了一种从微 机 保护 的算 法 中剔 除投入 超 导 限流 器后 所 带 来的 影响 的新 算 法。 并通过 Ｅ Ｔ Ｃ 提 Ｍ Ｄ／ Ｐ Ｃ Ｄ仿真 ， ＳＡ 验证 了该算法的有效性 ， 实际应 用的角度提 出了一种解决超导 限流 器与微机 距 离保 护相配合 从
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第 ３ 卷 第 ｌ 期 ４ ４
２０ 年７ １ ０６ 月 ６日
继 电器
ＲＥＬ ＡＹ
Ｖ０． ４ １３ Ｎｏ １ ．４ Ｊ １ ６，２ ０６ ｕ．１ ０
７
桥 式 超 导 限流 器 与 电力 系统 距 离保 护 配 合 问题 研 究及 算 法 改进
１ ＳＣ Ｆ Ｌ对距 离保 护的影响的分析
１ １ 新型 桥 式超导 限流 器 限流 原理 简介 ．
图 １ ＳＣ Ｆ Ｌ拓 扑 结 构
Ｆ ｇ １ Ｔ ｐ ｌ ｇ ｆＳ ＣＬ ｉ． ｏ ｏｏｙｏ Ｆ
图 ｌ 示 为 电工研 究所 所采用 的桥式 拓 扑 的超 所 导 限流器 的 电路 图。Ｄ １～Ｄ ４是 ４个 二 极 管 组 成 的 桥路 ， 路直 流 测 的 Ｒ 为 限 流 电 阻 ， 桥 与其 并 联 的 是 ＩＢ Ｌ为超 导 电感 。其工 作原 理 简介 如下 ： Ｇ Ｔ， 设线 路 电流 为 ｉ， 桥路 的直 流 侧 电流 为 ｉ。 在 正常工 作 稳态 时 ， 式 电路 的直流 侧 的 ＩＢ 桥 ＧＴ 处于导通状态 ， 因此此时直流侧串入超导电感 ， 由于 电感 的储能作用 ， 直流侧的 电流始终处 于线路 电流 的峰 值 ， Ｄ 、 ２ Ｄ 、 ４四个二 级管 始终导 通。 使 ｌＤ 、３ Ｄ
桥式超导故障限流器的研究新进展
实现较为困难 ， 故而考虑用可控整流桥代替二极管 整流桥 以改进其性能。下面以全控桥路型 Ｓ Ｃ Ｆ Ｌ为例
ｉ ｔ ｅｓａｅ ｖ ｕ ｆ ａ ｔ ｕ ｒ ｎ ．Ｕ ｉｇ Ｅ ｅ ｔ ｃ ｐ ｗ ｒ ｌ ｃｒ ｎ ｃｔｃ ｎ ｌ ｇ ｏｒ ｃ ｉ ｈ ｔ ｃｕ ｅ ｏ ｒ ｇ ｔ ｔｔ ａ ｅ ｏ ｕ ｒｅ ｔ ｓｎ ｌ ｃｒ ｏ ｅ ｅ ｔ ｉ ｅ ｈ ｏｏ ｔ ｅ ｔ ｙ ｔ ｅ ｓ ｕ ｔ ｒ ｂ ｄ ｅ—ｔｐ Ｆ Ｌ ｉ ａ ｆ ｃ ｖ ａ ． ｈ ｌ ｆｌ ｃ ｉ ｅ ｏ ｙ ｆ ｒ ｆ ｉ ｙ ｅ Ｓ Ｃ ｎ ｅ ｅ ｔ ｅ ｗ ｙ ｓ ｉ Ｉ ａｓ ｅ ｐ ｅａ ｖ ｎ ａ ｅ ｏ ｏ ｍａ ｒ ｇ ｔ ｌ ｏｋ ｅ ｓｔ ｄ ａ ｔ ｇ ｎ ｒ ｌ ｂ ｄ ｅ—ｔｐ Ｆ Ｌ ｎ ｖｅ ｅ ｅ ｒ ｈ ｈ ｔ ｐ ｔ ｔ ｒｓ ｎ ，ｔｅ ｏ ｅ ａ ｉｎ ｐ ｎ ｉ ｌｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ａａ ｔｒ ｈ ｆ ｉ ｙ ｅＳ Ｃ ．Ｉ ｉ ｗ ｏ ｒｓ ａ ｃ ｏ ｏ ｅ ｅ ｔ ｈ ｐ ｒ ｔ ｒ ｃｐ ｅ ｈ ｒ ｃｅ － ｆ ｓ ａｐ ｏ ｉ ｎ ｈ ｉｔ ｓｏ ｏ ｔｏ ａ ｌ ｒ ｇ ｙ ｅ ｅ ｉｔｎ ｅ—ｓ ｉ ｈ ｂ ｄ ｅ ｔｐ ，ｈ ｂ ｄ ｂ ｄ ｅ ｔ ｐ ｄ ａ ｔ ｅ ｂｉ ｇ ｙ ｅ Ｓ ＣＬ ｗ ｔ 印 ｐｉ ａｉｎ ｖ ｕ ｌ ｓ ｃ ｃ ｎ ｒＵ ｂ ｅ ｂ ｄ ｅ ｔ ｐ ，ｒ ｓｓａ ｃ ｉ ｆ ｉ ｗ ｔ ｒ ｇ ｙ ｅ ｙ ｒ ｒ ｇ ｙ ｅ ａ ｃｉ ｒ ｅ ｔｐ Ｆ ｈ ｃ ｉ ｉ ｉ ｎ ｖ ｄ ｉ ｌ ｔ ａ ｅ ａｅ ｃ ｏ ｌ ｉｔ ｄ ｃ ｄ ｅ ｈ ｔ ａｌ ．Ａｎ ｏ ｐ ｌ ａｉ ｎ ｐ ｏ ｌ ｍｓ ｉ ｒｃ ｉｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐｎ ｅ ｄ ａ ｅ ｅ ｐ ａ ｎ ｄ ｎｒ ｕ ｅ ｍｐ ａｉ ｌ ｏ ｃ ｙ ｄ ｓ ｍｅ ａ ｐ ｉ ｔ ｒ ｂ ｅ ｎ ｐ ａ ｔ ｎ ｈ ｅ ｅ ｏ ｉ ｇ ｔ ｎ ｒ ｘ ｌ ｉ ｅ ． ｃ ｏ ｃ ｒ
桥路型超导故障限流器的数字仿真研究
桥路型超导故障限流器的数字仿真研究
马幼捷;刘富永;周雪松;刘晓飞
【期刊名称】《天津理工大学学报》
【年(卷),期】2007(023)004
【摘要】桥式超导故障限流器,它由超导磁体、二极管桥路和直流偏压源组成.将其接入电网,当电力系统正常运行时,超导体电阻几乎为零,对电力系统运行无影响;当电网发生短路故障,超导线圈被自动串入线路,从而限制了短路电流,使得轻型断路器可以正常动作.本文通过PSCAD对超导故障限流器的运行特性进行仿真,证明超导故障限流器可以在电力系统中应用.
【总页数】3页(P71-73)
【作者】马幼捷;刘富永;周雪松;刘晓飞
【作者单位】天津理工大学,自动化学院,天津市,300191;天津理工大学,自动化学院,天津市,300191;天津理工大学,自动化学院,天津市,300191;天津理工大学,自动化学院,天津市,300191
【正文语种】中文
【中图分类】TM26
【相关文献】
1.桥路型超导故障限流器及其超导线圈的优化设计方法 [J], 林玉宝;林良真
2.改进桥路型高温超导故障限流器的实验研究 [J], 张晚英;周有庆;赵伟明;张绪红;朱英浩
3.改进的双桥混合式桥路型高温超导故障限流器 [J], 朱青;朱英浩;周有庆;周腊吾
4.桥式超导故障限流器的数字仿真研究 [J], 马幼捷;刘富永;周雪松;弓晋霞
5.偏流切换桥路型高温超导故障限流器的实验研究 [J], 张晚英;周有庆;赵伟明;张绪红;朱青;黎福海;王耀南;李中发;陈洪云
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新型桥式固态型故障限流器的研究
新型桥式固态型故障限流器的研究
潘天皓;朱振华;初艳华
【期刊名称】《电工电气》
【年(卷),期】2010(000)011
【摘要】介绍了带旁路电感的新型桥式固态限流器的拓扑,并对控制策略进行了改进,使得发生不对称故障时仅断开故障相桥臂,非故障相可继续运行一段时间.研究了固态限流器在单机无穷大系统中对发电机功角稳定的影响.仿真验证了改进的控制策略的正确性以及固态限流器对三相短路情况下功角失稳的抑制作用.
【总页数】4页(P21-24)
【作者】潘天皓;朱振华;初艳华
【作者单位】江苏省电力公司常州供电公司,江苏,常州,213003;江苏省电力公司常州供电公司,江苏,常州,213003;江苏省电力公司常州供电公司,江苏,常州,213003【正文语种】中文
【中图分类】TM501
【相关文献】
1.一种改进的新型桥式固态限流器的研究 [J], 李洪凤;贾贵玺;齐炜;徐伟
2.新型桥式固态限流器中耦合变压器特性的研究 [J], 王栋;姚缨英;江道灼;敖志香;吴兆麟
3.新型桥式超导故障限流器的仿真研究 [J], 马幼捷;王辉;陈岚;龚娟;周雪松;田密
4.新型固态故障限流器的仿真研究 [J], 朱允;江道灼
5.具有旁路电感的新型固态故障限流器的研究(英文) [J], 陈刚;江道灼;蔡永华;吕征宇;陈兆麟
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桥式超导故障限流器的数字仿真研究
Ｌ２ ０ １ ０ ０ ０８ ０ ０６ ０ ０４ ．０ ０ ２） ．（
由桥式电路对称性得 ：
ｉ１ Ｄ Ｄ ２ ｉ３＝ ｉ４ Ｄ Ｕ
求解 以上方 程可 得 ：
。： ： （ ＋ ） ｎ ： 阱： （ 一 ） ，
０Ｏ ．０
０２ ０
０ 引 言
随着我国国民经济 的发展 ， 电力系统容量快速 增长 ， 导致电网短路功率及故障短路 电流迅速增大 ， 电力系统安全稳定性 问题越 来越 重要…。为 了保 证稳定地输送大容量 、 高质量的电能， 电保护装置 继
串联的断路器 Ｃ Ｂ用于开断被降低 的故障 电流 ， Ｃ Ｄ 用于向超导线 圈提供偏 流 正 常运行 期间调节 Ｄ Ｃ使 ＝ ｏ， 是偏压源 Ｄ 。 Ｉ（０ Ｃ提供给超导线圈偏流
圈就被 自动地 串接入线路 ， 故障电流就被大电感 所 限制。由于超导线 圈是 自动投入或退 出限流状 态， 限流器反应时问、 恢复时问几乎为零 。
等必须满足高值短路 电流带来的更严格 的要求。超 导故障限流器 （Ｆ Ｌ 能在亚毫秒级 内有效限制故 ＳＣ ） 障电流 ， 显著降低高压 断路器 的开断 容量 ， 它集检 测、 转换和限流于一身 ， 是一种有效的电力系统故障 保护装簧。 超导故障限流器 （ Ｆ Ｌ 是近年来新兴交叉学 ＳＣ ）
０ ｔＯ Ｏ
Ｌ５ ０ Ｌ ０ ０ （５ ） ０ ．
０ １０ ５
０． ０ ２０
０２ ０ ５
０３ ０ ．０
０ ３０ ， ５
我们可 以看 出只要超导线 圈就是始终导通
的。
０Ｏ ０
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０５ ，０
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ｌ０ ０ １５ ０ ２Ｏ ０
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第 ３ 卷 第 ２ 期 ４ ３ ２０ 年１月１ ０６ ２ 日
故障电流限制器研究现状分析
一
般可从调整 电网结构 、 改变系统运行方式和加装 限流设备
２ ． ２ 故障电流限制器的技术要求
故 障 电流 限 制 器 的 技 术 要 求 通 常 包 括 以下 几 点 ： １ ） 正 常运 行时对 系统无 不利 影响 ， 且 有 功 和 无 功 损 耗 尽 量
２ｏ１ ５。 １ ７
故 障 电流 限制器研究现状 分析
李征 洲
（ 华北 电力 大学 ， 北京 昌平 ，ｌ ０ ２ ２ Ｏ ０ ）
摘要 ： 故 障 电流限制器作 为解决短路 电流 的超标 问题 的较为理想 的工具 ， 对 其的研制也显 得尤为重要 。 论文叙述 了关 于电力 系统短路故 障的产 生原因及 其影响， 并基于对 短路 电流 过大的控 制， 归纳整理 了不 同类型故 障电流 限制器 的基本原理 ， 总结 了 不 同故 障电流限制器 的优缺 点， 分析 了国 内外 目前 的故 障电流限制器 的研 究成果。 论文对故 障 电流限制器在交直流 系统中的
达到几十 ｋ Ａ甚 至 上 百 ｋ Ａ； 相对地短路时， 短 路 点 电压 降 至 零 ， 短 路 点 及 其 附 近 各 点 的 电压 明显 降低 。
２ 故 障 电流 限制 器 的应 用 及 技 术 要 求
２ ． １ 故障电流限制器在系统 中的应用
故障电流限制器几种 典型应用是用于系统互联或母线并联 ，
目前 基于超 导原理 的故 障 电流 限制器 主要 有 以下 ４ 类 ： 电 交流 电流 的周期变化 ， 任何 时刻， 其 中一个铁芯 内的直流磁场与 阻型 超导故 障电流限制器 、 磁 屏 蔽 型 超 导 故 障 电流 限制 器 、 饱 和 交流磁场 同向， 而 另一 个相 反。 两个交流绕组串接在输 电线路中 。 铁心 型超 导故障电流限制器和整流式超导故 障电流 限制 器。
桥式故障限流器的研究
大规模 发展 ， 电网容量 逐渐扩 大 ，最终 导致其 短 路
电流 水平急剧 增加 ，因此 电网的 安全稳 定 问题 越来 越重 要 。根据 国网公司 的规划 ，２ １ 年 以后 ，三 峡 ００ 机组全 部投运 时 ，预计 的最大 短路 电流 周期分 量将 达３ ０ Ａ ０ ，如对 此 不加 以限制 ， 电网 内 的各 种 电气 ｋ
０ 引 言
近 几年 ， 随着 我 国经济 的飞速 发展 ，社 会对 电
力 的需求不 断增 加 ，带 动 了 电网的装机 容量 快速 增 长 。此外 ，为 了安全可 靠地输 送 电能 ，使 电网 向超
ａ ｉｎ 首先提 出了桥式超 导限流 器 （ｕ ｅ ｃｎ ｕ ｔ ｎ ｔｏ ） Ｓ ｐ ｒ ｏ ｄｃ ｉｇ
究者 以可控 开关 器件代 替整 流桥 中 的二极 管 ，使 限 流 器 具有 限流和 断流 的功 能 。就 以上两 方面 ，本 文
介 绍 了几种桥 路 型超 导及非超 导 限流器 ，并对其 限
流 原理 、仿真 分析及 结构 改进 做 了部 分说 明 。
设备就 必须更 新 以满 足更 苛刻 的高 短路 电流水平 要 求 ，不但 会使 变 电所 的 设备投 资大 幅增加 ，而 且会
对 系统原有 通信 线路 等产 生严 重的干扰 危 害 。因此 限制 电网剧 增 的短 路 电流 己成 为 电力 系 统Байду номын сангаас 究领 １ １桥式 超导 故 障限流 器 的结构 和工 作原 理 ．
Ｆ ｕ ｔ Ｃ ｒ ｅ ｔ Ｌ ｍ ｔｒ Ｆ Ｌ 的概念 引。近几 年 ａ ｌ ｕ ｒ ｎ ｉ ｉｅ ，ＳＣ ） 来 ，有关桥 式 限流器 的性 能 以及 结构 的改 进成 为限 流器研 究 的热 点 。一 方面 ，研究 者用 常规 限流 电感
故障限流器技术的研究概况
1 引⾔ 近年来，电⼒系统容量逐年增加，电短路电流也随之增⼤，⽬前已成为制约电运⾏和发展的重要因素。
因此，限制电⼒系统短路电流已成为⼀个有待解决的问题。
传统的是使⽤机械型断路器，⽽这种断路器速度慢，维修量⼤，是形成暂态稳定问题的重要条件。
故障限流器的开发和研制，开辟了提⾼交流输电线和输电运⾏整体控制能⼒和⽔平的技术渠道，为⾼压和超⾼压输电性能的⾰新改造指出了⽅向。
2 国外故障限流器研究的动态 故障限流器(FCL)早在70年代就出现在国内外的⽂献中，但真正受到重视和快速发展是在柔性交流输电技术提出以后，从近⼗年的发展来看可以将故障限流器分为两⼤类：第⼀类就是采⽤功率电⼦器件控制线路阻抗的限流器；第⼆类就是采⽤具有特殊性质的材料作为限流器的基本组成部分，例如：超导材料和具有正温度系数(PTC)的聚合材料等。
2.1 采⽤功率电⼒器件控制线路阻抗的故障限流器 这种故障限流器保护电路的基本思想就是：在正常负载情况下FCL所呈现的是低阻抗，但是在故障发⽣时，FCL动作保护就会呈现出⼤的阻抗值以限制故障电流，将故障电流限制在断路器正常⼯作范围内，图1为FCL的实验室装置图。
在线路正常⼯作情况下，晶闸管处于闭锁状态，L2R2未被串⼊，电路为L1C串联⼯作。
⽽在故障发⽣时(SF闭合)，控制电路触发导通晶闸管，L2R2接⼊电容器两端，与电容器并联运⾏，增⼤线路阻抗值以限制故障电流。
在这个电路中，晶闸管控制电抗器并联接在电容器两端，在正常运⾏条件下，晶闸管并不导通，仅在短路发⽣情况下，晶闸管触发导通，L2接⼊电路起到分流作⽤，因此在正常⼯作情况下不会有谐波产⽣，同时由于相对⽐较短的保护过程，所以发热情况并不严重，不需要冷却装置。
2.2 固态故障限流器 在1993年⽇本提出了固态故障限流器的设计⽅案，原因为：传统过流保护系统由断路器和过流延时装置(OCR)组成，从短路发⽣到断路器动作，⼀般有0.2s到0.5s的延时，这样在延迟时间内线路的电压就会降低或是功率输送间断，影响输送电能的质量。
三相桥式固态限流器
一种特别用于限制电流的装置
01 简介
03 优点 05 作用
目录
02 特点 04 缺点
基本信息
三相桥式固态限流器属于电器元件领域，是一种特别用于限制电流的装置，其特征在于它有一个标准环型铁 芯，在所述的铁芯上缠绕有多芯的铜芯胶包线，在所述的多芯的铜芯胶包线上间隔一定距离分别设置有一个动力 电源的接口，一个普通家用电器电源的接口和一个照明电源接口。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
缺点
缺点
1.正常运行时功耗大； 2.动作反应慢； 3.对电的稳定性有一定影响。
作用
作用
镇流器又叫限流器、扼流圈，是一个自感系数很大的铁心线圈。其作用有两个：一是在日光灯启动时它产生 一个很高的感应电压，与电源电压叠加后使灯管点燃；二是灯管工作时限制通过灯管的电流，避免电流过大而烧 毁灯丝 。
简介
简介
将单相桥式限流器拓扑结构加以变换，即可应用于三相系统。在投入运行之初，将桥路的晶闸管全部触通， 由电电压为限流电感充磁，直到限流电感上的电流达到负载电流的峰值附近，限流器即进入稳定运行状态。进入 稳定工况后，其8个晶闸管按正常顺序触发。
特点
特点
实用新型结构简单，能够满足大功率的阻流要求，也非常容易满足各种电路的不同的阻流要求，可以阻止超 额定电流的电流流过负载，保证了用电电器不会在超额定电流的状态下工作，因此，可以有效的保护用电器的安 全，延长电器的使用寿命 。
优点
优点
1.动作速度快，反应时间小于20ms（在一个电力周波内）； 2.可在电力系统故障时自动触发；能将短路电流减少一半以上； 3.故障线路被断路器开断后，能快速自动复位并在几秒之内多次动作，以配合重合闸； 4.正常运行时，功耗应接近于零，最大不能高于输送功率的0.25%； 5.可靠性应高于与其同时运行的断路器。
基于交直流转换电抗器的桥式固态故障限流器设计
Internal Combustion Engine & Parts基于交直流转换电抗器的桥式固态故障限流器设计黄钰琪(河南省实验文博中学，郑州450000)摘要：在总结传统故障限流器应用与发展的基础上，提出一种新型桥式固态故障限流器，其拓扑结构由一个桥式整流电路和一个电抗器组成。
在正常情况下，该限流器串联在线路中，电抗器处于直流模式，限流器阻抗近似为零；当系统出现故障时，限流器拓扑 结构随之改变，将电抗器串联在线路中转换成交流模式，起到限制故障电流的作用。
关键词：故障电流;桥式固态故障限流器；交直流转换电抗器0引言由于电网规模扩大、互联程度增加和大型电站的接 入，电网故障电流水平已逐渐接近现有断路器遮断容量的 上限。
我国珠三角、长三角等负荷密集区的500k V主网，此问题尤为突出。
美国、加拿大等国由于电力市场化改革，大量分布式电源、可再生能源发电装置、储能设备就近直 接接入用户，配电网故障电流的增长也非常迅速[|]。
电力系统发生短路故障时，电流急剧增加，其瞬时值 可高达最大额定电流的20倍以上。
在不太严重的情况下，由于正常潮流被保护装置切断，会导致服务中断、瞬态欠 电压或过电压等问题；在发生严重故障的情况下，一个极 大的短路电流冲击用电设备，会导致设备爆炸或引起火 灾。
此外，很大的短路电流通过导体时，要引起导体间很 大的机械应力，如果导体和其支架不够坚固，则可能遭到 破坏[2]。
由于系统短路电流具有以上严重危害性，研究各种故 障限流技术的任务显得十分迫切。
传统的故障限流器 (fault current limiter，FCL)，由于米用机械开关，虽然经济，但速动性差，可控性低，很难迎合未来电网的高标准要求。
而随着电力电子技术的发展，基于电力电子器件的固态故 障限流器（Solid-State Fault Current Limiter，SSFCL)，以其 体积小、响应快，灵活性强，并具有全控能力的特点受到了 广大电力学者越来越多的青睐，目前已经取得了一定的研 究成果。
新型桥式固态型故障限流器的研究
（ ｉ ｎ ｓ ｅ ｔｉ ｗｅ ｍｐａ ｙ Ｃｈ ｎ ｚ ｏ ｗｅ ｕ ｐｌ Ｃｏ Ｊ ａ ｇ ｕ Ｅｌ ｃ ｒｃＰｏ ｒＣｏ ｎ ａ ｇ ｈ ｕ Ｐｏ ｒＳ ｐ ｙ ｍｐａ ｙ ｎ ，Ｃｈ ｎ ｚ ｏ ３ ０ ， ｉ ａ） ａ ｇ ｈ ｕ ２１ ０ ３ Ｃｈ ｎ
一
路 电流水平 也 随之增 大 。短路 电流 过大会 直接 影 响 电气 设备 的选择 和 电网 的安全稳 定运 行 ，如何 采取
切实可 行 的有效 措施解 决这 一 问题 ， 已越 来越 受到 业 界 的高度 重 视 。基 于 电力 电子技 术 的桥式 固 态 限流 技术是 当前 的一个 研究 热 点。
中图分号 ：１０ — ｌ ５２ １ ） 卜０ ２ ４ ０ ７３ ７ （０ ０ １ ０ 卜０
Ｓ ｕｄ ｎ Ｎ ｅ Ｔｙ ｉ ｅ Ｓ ｌｄ－ ｔ ｔ ｕｌ ｔ ｙ ｏ ｗ ｐｅＢｒｄｇ ｏ ｉ Ｓ ａ ｅＦａ ｔＣｕｒ ｅ ｍ ｉｅ ｒ ｎｔＬｉ ｔ ｒ
Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ｌ ｓａ ｅ ｆ ｕ ｔｃ ｒ ｅ ｔｌ ｔ ｒ ｂ ｐ ｓ ｎ ｕ ｔｎｃ ； ｒ ｎｓｅ ｔｓａ ｌ ｙ； ＡＴＬ ｙｗｏ ｄ ： ｏ ｉ ｔ ｔ ａ ｌ ｕ ｒ ｎ ｉ ｅ ； ｙ ａ ｓｉ ｄ ｃ ａ ｅ ｔａ ｉｎ ｔ ｂｉ ｔ Ｍ ｄ— ｍｉ ｉ ＡＢ ｉ ｌ ｔｏ ｓｍｕ ａｉ ｎ
０ 引言
随着 电力系 统装机 容 量 的逐 年增 加 ， 电网的短
拓 扑，并 对各种 短 路情 况 的工作机 理和 控制 模式进 行 了仿真 研 究 ， 并建 立 了相 应 的数 学模 型 。但 这 种 拓 扑结 构 的限流器 最主 要 的一个 缺 点是 ：电力 系 统发 生故 障 时， 限流 桥路 要通 过系 统全 部 的故障 电 流 ，不 仅谐 波 比较丰 富 ，晶 闸管 的容量 要按 故障容 量来 设计 ，而且控制策 略也 比较复杂 ，实时性差 。因 此 ，参考 文 献 ［— ］ 出 了带 旁路 限流 电感 的新型 ３５提 桥 式 固态 限流 器 的拓扑及 简单 实用 的控制 策 略 ，即
饱和铁心型桥式故障限流器的性能参数设计与实验
饱和铁心型桥式故障限流器的性能参数设计与实验陈柏超;魏亮亮;雷洋;田翠华;袁佳歆【摘要】The traditional fault current limiter has poor performance and economy when the fault current of power grid is large. Thus, a novel bridge-type saturated core fault current limiter (BSFCL) was proposed in this paper. Compared with the traditional saturated core fault current limiters, the proposed BSFCL has special bridge-type structure, which can reduce the size and cost of FCL. Moreover, the additional limiting inductor can effectively improve the clipping performance of FCL. Firstly, the principle of BSFCL was analyzed. Then the magnetic circuit model of BSFCL was established, and the performance parameters were analyzed in detail. Accordingly, the field-circuit coupling simulation model of BSFCL was established in Ansoft. Various FEA simulations proved the principle and excellent performance of BSFCL. The effects of different parameters of BSFCL on clipping performance were also analyzed. Finally a 220V/20A experimental prototype of BSFCL was designed. The experimental results verify the effectiveness of the proposed structure.%为解决系统短路电流过大、传统饱和铁心型故障限流器限流效果和经济性不理想等问题,提出一种饱和铁心桥式故障限流器(BSFCL).相比传统饱和铁心型故障限流器,该限流器采用桥式结构,可有效减小限流器的体积和成本;通过外加限流电感,有效提高了限流器的限流效果.首先分析饱和铁心型桥式故障限流器的工作原理,然后建立限流器的磁路模型,并对限流器性能参数进行详细分析和设计.在此基础上,基于Ansoft建立饱和铁心型桥式故障限流器的场路耦合仿真模型,通过仿真说明其工作原理和良好的性能,并分析不同参数对限流器限流效果的影响.最后研制了一台220V/20A饱和铁心型桥式故障限流器实验样机,实验结果验证了所提结构和方法的有效性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2017(032)013【总页数】9页(P185-193)【关键词】限流器;限流电感;磁路模型;性能参数;限流效果【作者】陈柏超;魏亮亮;雷洋;田翠华;袁佳歆【作者单位】武汉大学电气工程学院武汉 430072;武汉大学电气工程学院武汉430072;武汉大学电气工程学院武汉 430072;武汉大学电气工程学院武汉430072;武汉大学电气工程学院武汉 430072【正文语种】中文【中图分类】TM474随着电网规模的日益扩大和新能源的不断接入，系统短路电流水平不断提高，甚至超过断路器的最大遮断容量，严重威胁电网的安全与稳定运行[1-3]。
桥式混合型磁饱和故障限流器
桥式混合型磁饱和故障限流器钟永恒;谢耀恒;刘赟;叶会生;袁佳歆【期刊名称】《高压电器》【年(卷),期】2020(56)8【摘要】为在降低对直流绕组磁动势(DC⁃coil⁃generated magneto⁃motive force,DC MMF)需求的同时,保证限流器限流效果,文中分析了使用永磁体和直流电流混合励磁使铁心饱和的方法,并提出了一种新型桥式混合磁饱和型故障限流器(bridge⁃type hybrid saturated⁃core fault current limiter,BHFCL)的拓扑结构。
在BHFCL中,使用了紧凑型的铁心结构和交直流共用绕组,能够有效降低装置成本和损耗,桥式结构中的故障限流电抗是为了保障限流效果。
文中通过建立等效电磁回路模型对该新拓扑的基本原理与工作特性进行研究,并在ANSOFT中建立多种简单系统中的有限元仿真模型进行分析,并通过220 V/10 A实验样机进行试验验证所提结构的可行性。
仿真与实验结果均表明,BHFCL能够有效降低能耗,同时只对系统正常运行时的电压降落以及限流器的限流效果产生很小的影响,限流效果良好,并且限流能力主要取决于桥式结构中的故障限流电抗。
【总页数】7页(P148-154)【关键词】饱和铁心限流器;钕铁硼永磁体;混合励磁;限流电抗【作者】钟永恒;谢耀恒;刘赟;叶会生;袁佳歆【作者单位】国网湖南省电力有限公司电力科学研究院;武汉大学电气与自动化学院【正文语种】中文【中图分类】TM4【相关文献】1.饱和铁心型桥式故障限流器的性能参数设计与实验2.新型永磁励磁型饱和铁芯故障限流器3.一种混合型桥式高温超导限流器的研究4.磁饱和型故障限流器的研究与发展5.一种新型永磁磁饱和式故障限流器的研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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电工电气 (2010 No.5)作者简介：姚成(1985- )，男，硕士研究生，研究方向为超导故障限流器。
桥式故障限流器的研究摘 要：针对现有断路器开断容量不能满足超高压系统故障短路电流要求的现状，介绍了两类桥式故障限流器的结构和基本工作原理；提出了两类桥式故障限流器结构的改进方案。
分析了限流器的参数变化对限流特性的影响。
仿真结果表明该类型限流器具有良好的限流作用。
关键词：桥式故障限流器；超导；仿真中图分类号：TM501 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2010)05-0013-04姚成，梅军，姚磊，朱吉吉华(东南大学 电气工程学院，江苏 南京 210096)Abstract: In allusion to the actuality that the breaking capacity of existing circuit-breakers can not satisfy the requirements of fault short circuit current in ultra-high voltage power transmission system. The schematic diagram and basic theory of two kinds of bridge-type fault current limiters were introduced. Two improved bridge-type fault current limiters were presented. The impact of parameters variation of the fault current limiter on current limiting characteristic was analyzed. The good effect of fault current limiter is verified by simulation.Key words: bridge-type fault current limiter; superconducting; simulationYAO Cheng, MEI Jun, YAO Lei, ZHU Zhe-hua（School of Electrical Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China ）Study on Bridge-Type Fault Current Limiter0 引言近几年，随着我国经济的飞速发展，社会对电力的需求不断增加，带动了电网的装机容量快速增长。
此外，为了安全可靠地输送电能，使电网向超大规模发展，电网容量逐渐扩大，最终导致其短路电流水平急剧增加，因此电网的安全稳定问题越来越重要。
根据国网公司的规划，2010年以后，三峡机组全部投运时，预计的最大短路电流周期分量将达300kA，如对此不加以限制，电网内的各种电气设备就必须更新以满足更苛刻的高短路电流水平要求，不但会使变电所的设备投资大幅增加，而且会对系统原有通信线路等产生严重的干扰危害。
因此限制电网剧增的短路电流已成为电力系统研究领域所面临的一个重大课题，正在受到越来越多的关注。
1982年美国的洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)和西屋电力公司(Westinghouse Electric Corpor -ation)首先提出了桥式超导限流器(Superconducting Fault Current Limiter，SFCL)的概念[1-2]。
近几年来，有关桥式限流器的性能以及结构的改进成为限流器研究的热点。
一方面，研究者用常规限流电感代替桥式超导限流器中超导材料，从而不需要复杂的超导技术，可靠性高、经济性好。
另一方面，研究者以可控开关器件代替整流桥中的二极管，使限流器具有限流和断流的功能。
就以上两方面，本文介绍了几种桥路型超导及非超导限流器，并对其限流原理、仿真分析及结构改进做了部分说明。
1 桥式超导故障限流器1.1 桥式超导故障限流器的结构和工作原理图1为桥式SFCL的单相电路图，它由4个二极管D 1到D 4、直流偏压源V b 、超导线圈L 组成，断路器CB 与限流器串联，用以切断被限制了的故障电流，偏压源V b 给L 提供偏流i L ，其电压调到足以克服二极管对(D 1和D 4或D 2和D 3)的正向电压降，并使偏流调至桥式故障限流器的研究电工电气 (2010 No.5)i 0，i 0大于线路电流的峰值i max 并考虑过载情况。
于是正常状态下，二极管桥路始终导通，忽略桥路上较小的正向电压降，SFCL对i 不表现出任何阻抗。
设正常运行下通过D 1到D 4的电流分别为i D 1～i D 4，线路电流为：根据基尔霍夫电流定律(KCL)得到：当线路发生短路故障时，线路电流增加到i 0，正负半周期间，总有一对二极管反向偏置，处于关断状态，于是线圈L 自动接入电路，短路电流被线圈的电抗所限制。
通过整定超导线圈的临界电流值，使超导线圈不会失超，因此不存在动作响应和失超恢复的影响。
但随着故障的持续，流过超导电感的电流不断上升，最后超导电感的电流趋于无限流器时的短路电流稳态值。
因此需要断路器在一定的时间内适时切断故障源。
为简化起见，假设短路故障发生在电源电压过零瞬间(t =t 0)，由基尔霍夫电压定律(KVL)得到：初始条件i L (t 0)=I 0，解此微分方程得：图2显示了电感电流与线路电流在正常运行时和故障发生后的曲线，图中故障发生在t =0.1s。
由仿真波形可知，短路电流被超导电感抑制而缓慢增加，限流过程实质上是超导电感被励磁的过程，当故障电流稳定后，限流器就失去了作用。
因此需要在短路电流尚未达到稳定值前，将故障切除。
图1图1 桥式超导故障限流器的单相电路图(1)i =2I sin(ωt +α)(2)i D 1=i D 2=(i L +i )2(3)i D 3=i D 4=(i L -i )2(4)2V sin ωt +V b =Ld i L d t(5)i L (t )=I 0+ (1-cos ωt )+ tV b L2Vω中故障在t =0.2s时由断路器切除。
1.2 桥式超导故障限流器结构的改进普通桥式超导故障限流器只能抑制短路电流的上升速度，对短路电流的稳态值却无能为力。
为了达到限制短路电流稳定值的目的，利用超导体超导态时的零电阻性以及失超时电阻迅速增加的特点，将电阻型超导限流器与桥式超导限流器结合起来，即构成混合式超导故障限流器。
原理图如图3所示。
正常状态下，开关K断开，电阻型SFCL对外不显阻抗，i L 通过电阻型SFCL实现无阻传输。
当发生故障后，电阻型SFCL对外立刻呈现高阻抗，与超导电感串联共同抑制故障电流。
当故障被切除后，闭合开关K，此时电阻型SFCL因为自身高阻抗而被短图2 桥式超导故障限流器稳态和故障态电流图3 混合型桥式超导限流器400500线路电流i /A00.050.100.150.200.25t /sb)线路中的电流3002001000-100-200-300-400-500400300200100-100500超导电感中的电流i L /A0.050.100.150.200.25t /sa)超导电感中的电流0桥式故障限流器的研究电工电气 (2010 No.5)路，迅速恢复超导态。
开关K因为存在通态电阻，将会被恢复超导态后的电阻型SFCL短路，从而整个混合型桥式限流器对外将呈现低阻抗。
此时断开K，整个限流过程结束。
为了提高电阻型SFCL的容量，通常我们通过串、并联电阻型SFCL单元来提高整个装置的电压等级与电流等级。
图4为电阻型超导限流器的电路原理图。
R 1～R 6超导电阻。
R 为旁路电阻，它能在线路发生短路故障时促使同一串联支路上两个超导体同时失超。
超导相间耦合变压器的作用是使i L 1=i L 2=i L 3，从而使不同并联支路上的SFCL单元在短路故障发生后能同时失超[3]。
混合型桥式SFCL能够有效地限制短路电流的稳定值，因为运用超导体S/N转变特性，限流电阻在故障发生后能自动投入，不需要故障检测。
但因为加入了电阻型超导故障限流装置，所以总的运行成本将增加，且失超恢复时间长，难以配合系统重合闸。
2 桥式非超导故障限流器2.1 固态限流器近年来电力电子技术以及大容量电力电子器件如SCR、GTO、GTR、IGBT 等的迅速发展和在实际系统中的应用，使由电感、电阻、电容和电力电子器件等组成的故障限流装置成为研究热点。
非超导型桥路故障限流器由常规器件构成，没有复杂的超导技术，可靠性高、经济性好[4]。
图5为为理想单相桥式限流器原理图，它由单相桥电路和限流电感L 组成。
正常运行时，四个晶闸管的触发脉冲常加，经过短暂的充磁过程后，限流电感中的电流即可达到负载电流峰值。
当忽略T 1图4 电阻型超导限流器到T 4的管压降时,限流器对外不显阻抗。
假设在电源电压正半周发生短路故障，则T 3被迫关断，限流电感串入回路，进行限流。
通过设定限流电感L 的值，可以控制短路电流到任意设定水平。
此外，该限流器还具有瞬时切断短路电流的能力。
但因为采用了四个可控开关，瞬断控制模式较复杂。
在故障控制模式下，存在大量谐波，如果在桥臂两端并联旁路电感，可以有效解决此问题。
2.2 半控桥短路故障限流器图6所示为基于半控桥和自关断器件的单相短路故障限流器拓扑结构[5-6]。
它由二极管D 1到D 4、自关断器件T 1、T 2、超导电感L 、限流电感L lim 和ZnO过电压吸收器等组成。
u s 为交流电源，CB为线路断路器。
在正常状态下，桥路中的2个可关断器件T 1、T 2常触发。
刚上电时，超导电感中的电流在电压源的作用下不断增加至线路电流的峰值，在负载稳定的情况下，i L 将维持不变，忽略二极管D 1到D 4、自关断器件T 1、T 2导通压降，桥路两端的电压为零，限流电感L lim 两端的电压也为零，限流器对外不显阻抗，对系统无影响。
当系统发生短路故障时，超导电感中电流i L 变大，检测到系统发生短路时，关断T 1、T 2，桥路退出工作，短路电流将转移至旁路限流电感L lim ，超导电感中的电流将通过二极管D 1、D 4续流衰减至零。
图5 单相桥式限流器拓扑图6 基于半控桥的单相短路故障限流器电阻型SFCL桥式故障限流器的研究电工电气 (2010 No.5)(下转第28页)图7给出了基于半控桥的单相短路故障限流器稳态和故障态电流电压曲线。
系统在t =0.02s处上电，一个周期内系统进入稳态。
短路发生在t =0.1s 处，T 1在故障发生后的1/4周期内被关断。