一种可改善电能质量的故障限流器的研究

随着人们生产生活对电力需求的日益增加，电力系统的规模也逐步扩大，对远距离、大容量系统运行稳定性的要求也相应提高，另一方面，系统容量的扩大又直接导致短路容量增加，这不仅对电网原有的和新投运的开关设备的开断能力是一个严峻的考验，还严重影响了电能质量，因为短路故障时，除了短路电流急剧增大之外往往还伴随着严重的电压跌落，造成系统电能质量的下降，如何减轻短路故障带来的危害已成为亟待解决的问题。研究表明，采用故障电流限制器(FCL)是限制短路电流、抑制电压跌落的有效方法之一。 本文在总结前人研究成果的基础上，分析了各种FCL的优缺点，研究了一种基于变压器型电抗器技术的限流器。该FCL将变压器型电抗器的一次侧并接在电容器的两端，二次侧接一放电间隙，根据电容器的端电压在电网正常运行和发生短路故障时的不同，自动实现跟踪、检测和动作。当电网正常运行期间，放电间隙不动作，所以电抗器呈现出很大的励磁阻抗，并且与阻抗小的电容并联，起串联补偿的作用。故障时，放电间隙动作，电抗器对电网呈现出与电容器容抗相当的阻抗，电路接近于发生并联谐振，产生很大的限流阻抗，从而快速限制了短路电流。 本文详细分析了这种基于变压器型电抗器的限流器的工作原理和特性，并利用该FCL的数学模型和电路结构进行了原理解析，使用电磁暂态仿真程序EMTDC进行了实际配电系统仿真，证明该FCL的有效性。 此外，还分析了FCL在系统发生短路故障瞬间对电压跌落的抑制作用。对三种比较典型网络(辐射网、含本地电源网络、环网)应用FCL后的电压暂降幅值和临界距离的变化进行原理解析。而后针对三种网络的算例模型进行仿真分析计算，讨论了故障时系统电压同故障位置的关系和系统电压与限流电抗的关系，归纳FCL对系统发生短路时瞬间电压跌落的作用特点。 仿真结果表明，基于变压器型电抗器的FCL具有良好的限流效果，是一种限制故障电流和抑制电压跌落的有效设备，可以在电力系统短路故障抑制中加以使用。