專利名稱：一種智能型故障電流限制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)靈活交流輸電(FACTS)領(lǐng)域的故障電流限制器，具體涉及一種限流電抗靈活可調(diào)的智能型故障電流限制器。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)電源容量和負荷的迅速增長，系統(tǒng)的短路水平不斷上升，不少地區(qū)的短路容量已經(jīng)達到甚至超過了斷路器的遮斷容量，這就為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來了很大的隱患。為解決該問題，業(yè)內(nèi)采用了包括電網(wǎng)解列、母線分裂、安裝串聯(lián)電抗器和高阻抗變壓器等手段在內(nèi)的多種技術(shù)方案來應對。理論研究和工程實踐表明，基于晶閘管保護串聯(lián)電容器(TPSC)技術(shù)的串聯(lián)諧振式故障電流限制器(以下簡稱FCL裝置)能夠在限制系統(tǒng)短路電流水平的同時，不影響系統(tǒng)正常運行狀態(tài)下的潮流分布，運行可靠、靈活，并于2009年12月開始工程實際應用。2009年5月，國家電網(wǎng)公司首次提出了“智能電網(wǎng)計劃”，智能電網(wǎng)將為新能源接入電力系統(tǒng)提供良好的技術(shù)平臺。根據(jù)預計，2020年，中國可再生能源裝機將達到5. 7億千瓦，占總裝機容量的35%，每年可減少煤炭消耗4. 7億噸標準煤，減排二氧化碳13. 8億噸。 其中，風能、太陽能等非水電的可再生能源比例將大大提高。新能源大多具有季節(jié)性、間歇性、波動性等特點，這就導致電網(wǎng)短路水平在不同季節(jié)、不同時段變化顯著。特別是大規(guī)模分布式電源、可再生能源等“即插即退”式電源的推廣應用，將導致系統(tǒng)短路水平呈現(xiàn)周期性或隨機性變化的趨勢。常規(guī)的FCL裝置很難對未來電網(wǎng)的狀態(tài)變化做出靈活響應。在新能源大規(guī)模接入的智能電網(wǎng)環(huán)境下，最大運行方式和最小運行方式對應的系統(tǒng)短路容量十分懸殊，按照最小運行方式下的系統(tǒng)阻抗來確定限流電抗參數(shù)可能無法確保線路斷路器能夠遮斷系統(tǒng)最大的短路電流；反之，按照最大運行方式下的系統(tǒng)阻抗來設計限流電抗器會大大提高損耗，降低FCL裝置運行的經(jīng)濟性。同時應注意到，傳統(tǒng)的FCL裝置中，電容器僅用于在正常運行狀態(tài)下抵消限流電抗器的感抗，并未發(fā)揮串聯(lián)補償?shù)淖饔?，而串?lián)補償對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有十分積極且重大的影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種分級式的智能型故障電流限制器的技術(shù)實現(xiàn)方案。本發(fā)明提供的智能型故障電流限制器根據(jù)電網(wǎng)的運行方式變化，靈活調(diào)節(jié)其工作模式，實現(xiàn)有效降低系統(tǒng)短路電流水平、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、降低損耗等多個目標；并且本發(fā)明能夠適應智能電網(wǎng)的運行要求，為智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行和大規(guī)?？稍偕茉吹?“即插即退”式靈活接入提供技術(shù)支撐。本發(fā)明采用下述方案予以實施一種智能型故障電流限制器，其特征在于，所述故障電流限制器包括串聯(lián)的可控補償電容模塊和可控限流電抗模塊；所述可控補償電容模塊中的電容器組1和可控限流電抗模塊中的可控限流電抗器7串聯(lián)。
本發(fā)明提供的一種優(yōu)選的技術(shù)方案是所述可控補償電容模塊包括電容器組1、 金屬氧化物限壓器M0V2、閥控電抗器3、晶閘管閥4、阻尼電路D、火花間隙GAP5和旁路斷路器6 ；所述閥控電抗器3和晶閘管閥4串聯(lián)，組成閥控電抗器3-晶閘管閥4支路；所述電容器組1、金屬氧化物限壓器M0V2、閥控電抗器3-晶閘管閥4支路、火花間隙GAP5和旁路斷路器6依次并聯(lián)；所述阻尼電路D連接在閥控電抗器3-晶閘管閥4支路以及火花間隙GAP5 之間。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選的技術(shù)方案是所述可控限流電抗模塊包括可控限流電抗器7、第一隔離刀閘8、第二隔離刀閘9、第一接地刀閘10、第二接地刀閘11和旁路刀閘12 ； 所述可控限流電抗器7和第一隔離刀閘8串聯(lián)；所述第一接地刀閘10連接在可控限流電抗器7和第一隔離刀閘8之間；所述第二隔離刀閘9和電容器組1串聯(lián)；所述第二接地刀閘 11連接在電容器組1和第二隔離刀閘9之間；所述旁路刀閘12兩端分別連接第一隔離刀閘8和第二隔離刀閘9。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選的技術(shù)方案是所述電容器組1和閥控電抗器3-晶閘管閥 4支路并聯(lián)來調(diào)節(jié)可控補償電容模塊的容抗值。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選的技術(shù)方案是所述可控限流電抗模塊采用電抗器型分級可調(diào)方案和變壓器型分級可調(diào)方案來調(diào)節(jié)可控限流電抗模塊的感抗值。本發(fā)明提供的第五優(yōu)選的技術(shù)方案是所述智能型故障電流限制器具備諧振、補償、限流和強補四個工作模式，并可根據(jù)需要在四個工作間自動、快速轉(zhuǎn)換。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達到的用有益效果是(1)本發(fā)明的技術(shù)方案明確，主電路結(jié)構(gòu)合理，便于設備制造與集成；(2)本發(fā)明可根據(jù)系統(tǒng)短路容量的變化，分級調(diào)節(jié)接入的限流電抗器的參數(shù)，具有更強的系統(tǒng)適應性和運行的靈活性，同時能夠降低裝置的損耗；(3)在正常運行狀態(tài)下，調(diào)節(jié)可控限流電抗與可控補償電容兩大模塊，可使智能型故障電流限制器運行在串聯(lián)補償?shù)臓顟B(tài)下，提高系統(tǒng)的輸送能力；(4)在故障清除后，可使智能型故障電流限制器運行在“強補”模式下，有利于增大系統(tǒng)阻尼，提高系統(tǒng)穩(wěn)定暫態(tài)與動態(tài)穩(wěn)定極限；(5)本發(fā)明提供的智能型故障電流限制器運行方式智能、靈活，可適應多種系統(tǒng)工況的運行要求，可顯著提高電力系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性、靈活性與經(jīng)濟性；(6)可在本發(fā)明產(chǎn)品的設計和集成中借鑒可控串補、故障電流限制器的成熟經(jīng)驗， 便于工程實現(xiàn)。


圖1是智能型故障電流限制器原理示意圖；圖2是可控補償電容模塊等效容抗值的運行特性曲線；圖3是電抗器型分級可調(diào)方案示意圖；圖4是變壓器型分級可調(diào)方案示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做進一步的詳細說明。
本發(fā)明提出的智能型故障電流限制器的主電路原理示意圖如圖1所示。智能型故障電流限制器由可控補償電容和可控限流電抗兩大功能模塊串聯(lián)構(gòu)成，圖1中被虛線框內(nèi)的部分即為可控補償電容模塊，由電容器組1、金屬氧化物限壓器(M0V)2、晶閘管閥4、閥控電抗器3、阻尼電路D、火花間隙(GAP) 5、旁路斷路器6組成。MOV是電容器組的過電壓主保護設備，確保電容器組的安全運行。GAP是電容器組的后備保護設備，在MOV的運行狀態(tài) (能耗、溫度、電流等)達到整定值時被觸發(fā)，確保電容器組和MOV的安全。需要指出，在本發(fā)明中，GAP并非是必需的構(gòu)成設備，在不裝設GAP的情況下可以依靠晶閘管閥實現(xiàn)快速旁路功能，不包含GAP的主電路方案仍屬于本專利的保護范圍。旁路斷路器在GAP觸發(fā)后合閘，為GAP去游離提供通路，同時也是完成投退操作的必需設備。阻尼電路用來限制電容器組放電電流的幅值和頻率，保護相關(guān)設備不被損壞。可控補償電容模塊的等效容抗值是由智能型故障電流限制器的控制保護系統(tǒng)(指得是智能型故障電流限制器的二次部分)對晶閘管閥導通角的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的，二者的函數(shù)關(guān)系參見圖2。由圖2可見，可控補償電容模塊的等效容抗值在一定的范圍內(nèi)是連續(xù)可調(diào)的。圖1中“可控限流電抗器”表示智能型故障電流限制器的可控限流電抗功能模塊， 本發(fā)明提出了該功能模塊的兩種可行的實現(xiàn)方案(1)電抗器型分級可調(diào)方案電抗器型分級可調(diào)方案示意圖如圖3所示。圖3所示的實例為三組電抗器L組成的可控限流電抗功能模塊，在實際應用中，應根據(jù)需求確定電抗器的數(shù)目。每一組限流電抗器兩端并聯(lián)晶閘管閥T(含限流小電抗Ls)和旁路斷路器。通過控制晶閘管閥與旁路斷路器的開通和關(guān)斷，能夠?qū)崿F(xiàn)四個等級的電抗器接入方案(投入零、一、二、三組電抗器)。晶閘管閥支路可以保證在需要的情況下(如故障清除后系統(tǒng)處于搖擺過程)快速切除電抗器， 提高裝置的容性補償度，起到“強補”的作用；如果對旁路斷路器的動作時間要求不高，在設計中依靠可控補償電容模塊實現(xiàn)“強補”功能，則晶閘管閥支路可以省略。為了減小設備的占地，也可采用在線圈中引出抽頭的方式實現(xiàn)限流電抗的分組。(2)變壓器型分級可調(diào)方案變壓器型分級可調(diào)方案示意圖如圖4所示。變壓器的一次繞組接入系統(tǒng)，在二次繞組引出抽頭，構(gòu)成分級投切的結(jié)構(gòu)。圖4所示的實例中，變壓器二次側(cè)引出三個抽頭，并分別與開關(guān)Κ1、Κ2、Κ3連接。在實際應用中，可根據(jù)需求確定抽頭的數(shù)目。通過對開關(guān)Κ1、 Κ2、Κ3的分合間操作，可改變變壓器副邊接入電抗的大小，進而調(diào)節(jié)變壓器一次側(cè)呈現(xiàn)的電抗。假定變壓器漏抗為XL，圖4所示的主電路所呈現(xiàn)的阻抗可在表1所示的4種狀態(tài)間切換。表1變壓器型分級可調(diào)方案限流電抗接入狀態(tài)
幵關(guān)狀態(tài)限流電抗接入情況KlΚ2Κ3----合XL--合分XL+Xk3合分分XL+Xk3+ Xk2分分分XL+Xk3+ Xk2+Xkl
需要指出，圖4中的K1、K2、K3表示旁路機構(gòu)，可以用旁路斷路器來實現(xiàn)，也可在斷路器兩端并聯(lián)晶閘管閥，提高裝置的響應速度。與電抗器型分級可調(diào)方案類似，晶閘管閥為可選的設備。如果對旁路斷路器的動作時間要求不高，在設計中依靠可控補償電容模塊實現(xiàn)“強補”功能，則晶閘管閥支路可以省略?？煽匮a償電容功能模塊和可控限流電抗功能模塊運行狀態(tài)靈活可控，由二者組成的智能型故障電流限制器可工作于下述四種模式，大大提高了成套設備運行的靈活性和經(jīng)濟性，實現(xiàn)了對故障電流限制器的“智能化”控制。智能型故障電流限制器的控制保護系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測和輸入的系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，智能調(diào)節(jié)裝置的運行模式，以實現(xiàn)對系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的支撐功能。四種模式如下(1)諧振模式可控限流電抗模塊和可控補償電容模塊處于工頻串聯(lián)諧振狀態(tài)， 智能型故障電流限制器的接入不影響系統(tǒng)潮流分布。(2)補償模式可控補償電容容抗值大于可控限流電抗的感抗值，智能型故障電流限制器呈現(xiàn)容性補償狀態(tài)，提高系統(tǒng)的輸送能力。(3)限流模式可控補償電容被旁路(晶閘管閥、火花間隙、旁路開關(guān)多重措施確保動作的快速性和可靠性)，可控限流電抗投入系統(tǒng)，將故障電流限制允許范圍內(nèi)。(4)強補模式通過調(diào)節(jié)可控補償電容模塊晶閘管閥觸發(fā)角和快速旁路可控限流電抗模塊(后者僅在可控限流電抗模塊配置了晶閘管閥的情況下采用)，使裝置在短時間內(nèi)(如2 5秒)呈現(xiàn)大容抗狀態(tài)(如1. 2p. u)，利于提高故障后系統(tǒng)的暫態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性。當電力系統(tǒng)處于正常運行狀態(tài)，智能型故障電流限制器對應的工作模式為諧振模式或補償模式。此時，可控限流電抗模塊呈現(xiàn)的電抗值取決于系統(tǒng)當前運行方式下的短路容量，確保當可控電容被旁路、可控限流電抗接入后能夠?qū)⒍搪冯娏鹘档偷綇S站相關(guān)設備的遮斷容量以下。諧振模式下，智能型故障電流限制器呈現(xiàn)的等效阻抗為零，智能型故障電流限制器的接入不影響電力系統(tǒng)的潮流分布；如果線路潮流較重，可將裝置調(diào)至補償模式， 提高輸送能力。當智能型故障電流限制器檢測到電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，即進入限流模式，降低故障電流，以利于線路斷路器安全可靠地清除故障。當故障清除后，系統(tǒng)會進入暫態(tài)搖擺過程(典型持續(xù)時間2 5秒)，可將智能型故障電流限制器調(diào)至強補模式，提高系統(tǒng)的暫態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定水平。在智能型故障電流限制器運行過程中，如果出現(xiàn)常規(guī)機組開停機、分布式電源投退、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)變化等影響短路容量的事件，智能型故障電流限制器的控制保護系統(tǒng)將根據(jù)人工輸入或監(jiān)測數(shù)據(jù)，計算可控限流電抗的目標阻抗，并根據(jù)智能型故障電流限制器當前的工作模式，發(fā)出控制命令，調(diào)節(jié)可控限流電抗和可控補償電容的阻抗值。本發(fā)明提出的智能型故障電流限制器在電網(wǎng)正常運行時表現(xiàn)為零阻抗或零容抗， 以達到不改變潮流分布的目的或提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用；在電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，迅速呈現(xiàn)高阻抗以限制故障電流，確保電網(wǎng)與設備安全。本發(fā)明提出的智能型故障電流限制器由可控限流電抗功能模塊和可控補償電容功能模塊串聯(lián)而成。可控補償電容的實現(xiàn)方案與目前已經(jīng)獲得大量工程應用的可控串補的電路方案類似，技術(shù)成熟，運行可靠性高。本發(fā)明還就可控限流電抗的主電路提出了兩種技術(shù)實現(xiàn)方案。通過適當調(diào)節(jié)可控限流電抗和可控補償電容的阻抗值，改變智能型故障電流限制器整體呈現(xiàn)的阻抗特性，調(diào)節(jié)接入系統(tǒng)的電抗值，適應系統(tǒng)短路容量發(fā)生波動時的需要，既能有效限制短路電流，又可降低智能型故障電流限制器的損耗，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，大大提高了智能型故障電流限制器運行的靈活性和經(jīng)濟性。 最后應該說明的是結(jié)合上述實施例僅說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制。所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解到本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，但這些修改或變更均在申請待批的權(quán)利要求保護范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種智能型故障電流限制器，其特征在于，所述故障電流限制器包括串聯(lián)的可控補償電容模塊和可控限流電抗模塊；所述可控補償電容模塊中的電容器組(1)和可控限流電抗模塊中的可控限流電抗器(7)串聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述的智能型故障電流限制器，其特征在于，所述可控補償電容模塊包括電容器組(1)、金屬氧化物限壓器M0W2)、閥控電抗器(3)、晶閘管閥0)、阻尼電路D、 火花間隙GAP(5)和旁路斷路器(6)；所述閥控電抗器(3)和晶閘管閥串聯(lián)，組成閥控電抗器(3)-晶閘管閥(4)支路；所述電容器組(1)、金屬氧化物限壓器MOVO)、閥控電抗器 (3)-晶閘管閥(4)支路、火花間隙GAP(5)和旁路斷路器(6)依次并聯(lián)；所述阻尼電路D連接在閥控電抗器(3)-晶閘管閥(4)支路以及火花間隙GAP(5)之間。
3.如權(quán)利要求1所述的智能型故障電流限制器，其特征在于，所述可控限流電抗模塊包括可控限流電抗器(7)、第一隔離刀閘(8)、第二隔離刀閘(9)、第一接地刀閘(10)、第二接地刀閘(11)和旁路刀閘(12)；所述可控限流電抗器(7)和第一隔離刀閘⑶串聯(lián)；所述第一接地刀閘(10)連接在可控限流電抗器(7)和第一隔離刀閘(8)之間；所述第二隔離刀閘(9)和電容器組(1)串聯(lián)；所述第二接地刀閘(11)連接在電容器組⑴和第二隔離刀閘 (9)之間；所述旁路刀閘(12)兩端分別連接第一隔離刀閘⑶和第二隔離刀閘(9)。
4.如權(quán)利要求2所述的智能型故障電流限制器，其特征在于，所述電容器組(1)和閥控電抗器(3)-晶閘管閥(4)支路并聯(lián)來調(diào)節(jié)可控補償電容模塊的容抗值。
5.如權(quán)利要求3所述的智能型故障電流限制器，其特征在于，所述可控限流電抗模塊采用電抗器型分級可調(diào)方案和變壓器型分級可調(diào)方案來調(diào)節(jié)可控限流電抗模塊的感抗值。
6.如權(quán)利要求1-5任一所述的智能型故障電流限制器，其特征在于，所述智能型故障電流限制器具備諧振、補償、限流和強補四個工作模式，并可根據(jù)需要在四個工作間自動、 快速轉(zhuǎn)換。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種限流電抗靈活可調(diào)的智能型故障電流限制器，該故障電流限制器由可控補償電容和可控限流電抗兩大模塊串聯(lián)組成；本發(fā)明提供的智能型故障電流限制器根據(jù)電網(wǎng)的運行方式變化，靈活調(diào)節(jié)其工作模式，實現(xiàn)有效降低系統(tǒng)短路電流水平、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、降低損耗等多個目標；并且本發(fā)明能夠適應智能電網(wǎng)的運行要求，為智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行和大規(guī)?？稍偕茉吹摹凹床寮赐恕笔届`活接入提供技術(shù)支撐。
文檔編號H02H9/02GK102214917SQ20111016071
公開日2011年10月12日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者宋曉通, 戴朝波, 王宇紅, 石澤京 申請人:中國電力科學研究院, 中電普瑞科技有限公司