固态短路限流器工程化研究
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摘要
电网规模的不断扩大和结构的日益复杂化，使短路电流水平不断提高，增加了系统设备(如主变压器、断路器等)容量的配置难度；给系统的安全、稳定和可靠运行埋下严重隐患，因此应该采取行之有效的方法限制短路电流。近年来，浙江大学有关人员在国家自然科学基金的支持下，开展“固态功率开关及短路限流技术的研究”，提出了一种全新的固态短路限流技术，具有许多灵活的控制方式，完全有条件开发成一种性能优良的短路限流装置。
本文是在已有工作的基础上，对固态短路限流技术进行工程化研究。首先给出了我国部分区域电网短路容量日益增加的实例，阐明了研究短路限流技术的必要性，介绍并评述了常规的限流技术和新型的超导、固态限流技术。继而，介绍了一种新型固态限流技术，给出了单相、三相限流器的主电路拓扑，分析了其基本工作原理和控制方式，指出以全控桥结构为基础的变压器耦合桥式限流器能够更加灵活地处理电力系统的各种短路故障，及时地限制短路电流，并与现有的线路三段保护相配合，还可根据需要实现及时切除故障电路，在故障恢复时软重合闸。然后，给出了380V实验室样机的系统框图、主电路具体参数的计算方法和二次控制回路的主要硬件电路的设计方法、部分软件实现方法。最后，介绍了工程设计时遇到的主要干扰和采用的抑制干扰的措施，并对现场调试中的有关问题作了总结，为10kV新型固态限流器的研制奠定了基础。
The fault current has increased greatly along with the expanding power network and the complicated structure. This trend adds difficulty in installing system devices such as main transformer and breaker. So it is important to take effective action to limit fault current for the sake of the system security. In the recent years,supported by National Natural Science Foundation of China,the faculty in Zhejiang University have begun the research of solid states power switch and fault current limiting technology. They provide a novel solid states fault current limiting technology,which possesses flexible control mode. It is feasible to develop a well-performed fault current limiter.
Based on this background,the author does some research on engineering application of the solid states fault current limiting technology. Firstly,the author introduces some examples of the increasing fault capacity in several area power systems of China. So it is necessary to make some research on fault limiter. Then the author gives an overview of some existing fault current limiting technologies and novel superconducting,solid states fault current limiting technologies. After that,the author discusses a novel solid states limiting technology and provides a single-phase solid states bridge current limiter and a main circuit topology of three-phase fault current limiter. It can be found that the new type of three-phase solid states bridge current limiter can handle the fault conditions more flexibly. It can not only remove the fault circuit,but also control the value of stable fault current to cooperate with the existing line three-segment relay. It also can realize soft reclosing under fault restoration. Aft
erward,the author gives a block diagram of a 380-voltage lab sample,the computation method of the main circuit parameters,the design of main hardware circuit and the part of the software realization in controlling circuit of the limiter. Finally,the author makes some introduction on the main disturbances appearing in the engineering design of the limiter and the measure of limiting those disturbances. The author makes a summarization about the problem in the on-site debugging which makes a preparation for the development of 10k-voltage novel solid states fault limiter.
本文是在已有工作的基础上，对固态短路限流技术进行工程化研究。首先给出了我国部分区域电网短路容量日益增加的实例，阐明了研究短路限流技术的必要性，介绍并评述了常规的限流技术和新型的超导、固态限流技术。继而，介绍了一种新型固态限流技术，给出了单相、三相限流器的主电路拓扑，分析了其基本工作原理和控制方式，指出以全控桥结构为基础的变压器耦合桥式限流器能够更加灵活地处理电力系统的各种短路故障，及时地限制短路电流，并与现有的线路三段保护相配合，还可根据需要实现及时切除故障电路，在故障恢复时软重合闸。然后，给出了380V实验室样机的系统框图、主电路具体参数的计算方法和二次控制回路的主要硬件电路的设计方法、部分软件实现方法。最后，介绍了工程设计时遇到的主要干扰和采用的抑制干扰的措施，并对现场调试中的有关问题作了总结，为10kV新型固态限流器的研制奠定了基础。
The fault current has increased greatly along with the expanding power network and the complicated structure. This trend adds difficulty in installing system devices such as main transformer and breaker. So it is important to take effective action to limit fault current for the sake of the system security. In the recent years,supported by National Natural Science Foundation of China,the faculty in Zhejiang University have begun the research of solid states power switch and fault current limiting technology. They provide a novel solid states fault current limiting technology,which possesses flexible control mode. It is feasible to develop a well-performed fault current limiter.
Based on this background,the author does some research on engineering application of the solid states fault current limiting technology. Firstly,the author introduces some examples of the increasing fault capacity in several area power systems of China. So it is necessary to make some research on fault limiter. Then the author gives an overview of some existing fault current limiting technologies and novel superconducting,solid states fault current limiting technologies. After that,the author discusses a novel solid states limiting technology and provides a single-phase solid states bridge current limiter and a main circuit topology of three-phase fault current limiter. It can be found that the new type of three-phase solid states bridge current limiter can handle the fault conditions more flexibly. It can not only remove the fault circuit,but also control the value of stable fault current to cooperate with the existing line three-segment relay. It also can realize soft reclosing under fault restoration. Aft
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引文
[1]周孝信，研究开发面向21世纪的电力系统技术，电网技术，1997，21(11)：11～15
[2]沈根才，关于全国电力系统互联问题的一些思考，中国电力，1995，(3)：2～7
[3]郭剑波，姚国灿，徐征雄，印永华，我国未来大区电网互联可能出现或应该注意的若干技术问题，电网技术．1998，22(6)：63～67
[4]杨杰，三峡水电站短路电流水平及限制措施分析，电网技术，1997(7)
[5]李继红，黄良宝，徐谦，李海翔，一种降低短路电流水平的措施——母线分裂运行，电力系统自动化，2001，25(14)：62～63，71
[6]那志强，瓶窑变220kV母线分裂运行方式的研究及实施，浙江电力，2001，(3)：21～22
[7]郭佳田，周坚，陆建忠，华东电网运行的主要问题及对策，华东电力，2000，(4)：26～29
[8]毛雪雁，浙江电网中远期分层分区安全稳定性分析，华东电力，2001，(9)：11～14
[9]陈志刚，广东电网需重点研究的问题，电网技术，2002，26(9)：64～66，84
[10]熊炜，卢宏振，广东电力系统短路电流水平及限制措施研究，贵州工业大学学报(自然科学版)，2002，31(5)
[11]范海虹，江苏电网的短路电流水平预测分析，华东电力，2000，(1)：24～25
[12]郑惠萍，晋中地区电网现状分析，山西电力，2002，(4)：53～55
[13]刘万顺，电力系统故障分析，水利电力出版社，1994
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[17]徐博文，大区电网互联的几个重要问题，电网技术，1999，23(9)：32～34
[18]谢泽全，限制短路电流技术的探讨，广东电力，1997，(2)：29～31
[19]陈坚，华中电网2000年短路电流水平预测及限流措施研究，河南电力，1993，(4)：18～22，29
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[58]费万民，吕征宇，吴兆麟，谭凌云，江道灼，三相接地系统短路故障限流器及其控制策略，电力系统自动化，2002，26(8)：33～37
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[63]可控硅整流电路设计资料，上海市机电产品设计院编印
[64]郝鸿安，常用模拟集成电路手册，人民邮电出版社，1991
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