一种智能型故障电流限制器制造技术

本发明专利技术涉及一种限流电抗灵活可调的智能型故障电流限制器，该故障电流限制器由可控补偿电容和可控限流电抗两大模块串联组成；本发明专利技术提供的智能型故障电流限制器根据电网的运行方式变化，灵活调节其工作模式，实现有效降低系统短路电流水平、提高系统稳定性、降低损耗等多个目标；并且本发明专利技术能够适应智能电网的运行要求，为智能电网的安全稳定运行和大规模可再生能源的“即插即退”式灵活接入提供技术支撑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力系统灵活交流输电(FACTS)领域的故障电流限制器，具体涉及一种限流电抗灵活可调的智能型故障电流限制器。
技术介绍
随着电力系统电源容量和负荷的迅速增长，系统的短路水平不断上升，不少地区的短路容量已经达到甚至超过了断路器的遮断容量，这就为电力系统的安全稳定运行带来了很大的隐患。为解决该问题，业内采用了包括电网解列、母线分裂、安装串联电抗器和高阻抗变压器等手段在内的多种技术方案来应对。理论研究和工程实践表明，基于晶闸管保护串联电容器(TPSC)技术的串联谐振式故障电流限制器(以下简称FCL装置)能够在限制系统短路电流水平的同时，不影响系统正常运行状态下的潮流分布，运行可靠、灵活，并于2009年12月开始工程实际应用。2009年5月，国家电网公司首次提出了“智能电网计划”，智能电网将为新能源接入电力系统提供良好的技术平台。根据预计，2020年，中国可再生能源装机将达到5. 7亿千瓦，占总装机容量的35%，每年可减少煤炭消耗4. 7亿吨标准煤，减排二氧化碳13. 8亿吨。 其中，风能、太阳能等非水电的可再生能源比例将大大提高。新能源大多具有季节性、间歇性、波动性等特点，这就导致电网短路水平在不同季节、不同时段变化显著。特别是大规模分布式电源、可再生能源等“即插即退”式电源的推广应用，将导致系统短路水平呈现周期性或随机性变化的趋势。常规的FCL装置很难对未来电网的状态变化做出灵活响应。在新能源大规模接入的智能电网环境下，最大运行方式和最小运行方式对应的系统短路容量十分悬殊，按照最小运行方式下的系统阻抗来确定限流电抗参数可能无法确保线路断路器能够遮断系统最大的短路电流；反之，按照最大运行方式下的系统阻抗来设计限流电抗器会大大提高损耗，降低FCL装置运行的经济性。同时应注意到，传统的FCL装置中，电容器仅用于在正常运行状态下抵消限流电抗器的感抗，并未发挥串联补偿的作用，而串联补偿对于电力系统的稳定运行具有十分积极且重大的影响。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种分级式的智能型故障电流限制器的技术实现方案。本专利技术提供的智能型故障电流限制器根据电网的运行方式变化，灵活调节其工作模式，实现有效降低系统短路电流水平、提高系统稳定性、降低损耗等多个目标；并且本专利技术能够适应智能电网的运行要求，为智能电网的安全稳定运行和大规模可再生能源的 “即插即退”式灵活接入提供技术支撑。本专利技术采用下述方案予以实施一种智能型故障电流限制器，其特征在于，所述故障电流限制器包括串联的可控补偿电容模块和可控限流电抗模块；所述可控补偿电容模块中的电容器组1和可控限流电抗模块中的可控限流电抗器7串联。本专利技术提供的一种优选的技术方案是所述可控补偿电容模块包括电容器组1、 金属氧化物限压器M0V2、阀控电抗器3、晶闸管阀4、阻尼电路D、火花间隙GAP5和旁路断路器6 ；所述阀控电抗器3和晶闸管阀4串联，组成阀控电抗器3-晶闸管阀4支路；所述电容器组1、金属氧化物限压器M0V2、阀控电抗器3-晶闸管阀4支路、火花间隙GAP5和旁路断路器6依次并联；所述阻尼电路D连接在阀控电抗器3-晶闸管阀4支路以及火花间隙GAP5 之间。本专利技术提供的第二优选的技术方案是所述可控限流电抗模块包括可控限流电抗器7、第一隔离刀闸8、第二隔离刀闸9、第一接地刀闸10、第二接地刀闸11和旁路刀闸12 ； 所述可控限流电抗器7和第一隔离刀闸8串联；所述第一接地刀闸10连接在可控限流电抗器7和第一隔离刀闸8之间；所述第二隔离刀闸9和电容器组1串联；所述第二接地刀闸 11连接在电容器组1和第二隔离刀闸9之间；所述旁路刀闸12两端分别连接第一隔离刀闸8和第二隔离刀闸9。本专利技术提供的第三优选的技术方案是所述电容器组1和阀控电抗器3-晶闸管阀 4支路并联来调节可控补偿电容模块的容抗值。本专利技术提供的第四优选的技术方案是所述可控限流电抗模块采用电抗器型分级可调方案和变压器型分级可调方案来调节可控限流电抗模块的感抗值。本专利技术提供的第五优选的技术方案是所述智能型故障电流限制器具备谐振、补偿、限流和强补四个工作模式，并可根据需要在四个工作间自动、快速转换。与现有技术相比，本专利技术达到的用有益效果是(1)本专利技术的技术方案明确，主电路结构合理，便于设备制造与集成；(2)本专利技术可根据系统短路容量的变化，分级调节接入的限流电抗器的参数，具有更强的系统适应性和运行的灵活性，同时能够降低装置的损耗；(3)在正常运行状态下，调节可控限流电抗与可控补偿电容两大模块，可使智能型故障电流限制器运行在串联补偿的状态下，提高系统的输送能力；(4)在故障清除后，可使智能型故障电流限制器运行在“强补”模式下，有利于增大系统阻尼，提高系统稳定暂态与动态稳定极限；(5)本专利技术提供的智能型故障电流限制器运行方式智能、灵活，可适应多种系统工况的运行要求，可显著提高电力系统运行的安全性、稳定性、灵活性与经济性；(6)可在本专利技术产品的设计和集成中借鉴可控串补、故障电流限制器的成熟经验， 便于工程实现。附图说明图1是智能型故障电流限制器原理示意图；图2是可控补偿电容模块等效容抗值的运行特性曲线；图3是电抗器型分级可调方案示意图；图4是变压器型分级可调方案示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步的详细说明。本专利技术提出的智能型故障电流限制器的主电路原理示意图如图1所示。智能型故障电流限制器由可控补偿电容和可控限流电抗两大功能模块串联构成，图1中被虚线框内的部分即为可控补偿电容模块，由电容器组1、金属氧化物限压器(M0V)2、晶闸管阀4、阀控电抗器3、阻尼电路D、火花间隙(GAP) 5、旁路断路器6组成。MOV是电容器组的过电压主保护设备，确保电容器组的安全运行。GAP是电容器组的后备保护设备，在MOV的运行状态 (能耗、温度、电流等)达到整定值时被触发，确保电容器组和MOV的安全。需要指出，在本专利技术中，GAP并非是必需的构成设备，在不装设GAP的情况下可以依靠晶闸管阀实现快速旁路功能，不包含GAP的主电路方案仍属于本专利的保护范围。旁路断路器在GAP触发后合闸，为GAP去游离提供通路，同时也是完成投退操作的必需设备。阻尼电路用来限制电容器组放电电流的幅值和频率，保护相关设备不被损坏。可控补偿电容模块的等效容抗值是由智能型故障电流限制器的控制保护系统(指得是智能型故障电流限制器的二次部分)对晶闸管阀导通角的调节来实现的，二者的函数关系参见图2。由图2可见，可控补偿电容模块的等效容抗值在一定的范围内是连续可调的。图1中“可控限流电抗器”表示智能型故障电流限制器的可控限流电抗功能模块， 本专利技术提出了该功能模块的两种可行的实现方案(1)电抗器型分级可调方案电抗器型分级可调方案示意图如图3所示。图3所示的实例为三组电抗器L组成的可控限流电抗功能模块，在实际应用中，应根据需求确定电抗器的数目。每一组限流电抗器两端并联晶闸管阀T(含限流小电抗Ls)和旁路断路器。通过控制晶闸管阀与旁路断路器的开通和关断，能够实现四个等级的电抗器接入方案(投入零、一、二、三组电抗器)。晶闸管阀支路可以保证在需要的情况下(如故障清除后系统处于摇摆过程)快速切除电抗器， 提高装置的容性补偿度，起到“强补”的作用；如果对本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种智能型故障电流限制器，其特征在于，所述故障电流限制器包括串联的可控补偿电容模块和可控限流电抗模块；所述可控补偿电容模块中的电容器组（１）和可控限流电抗模块中的可控限流电抗器（７）串联。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋晓通，王宇红，石泽京，戴朝波，
申请(专利权)人：中电普瑞科技有限公司，中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：11