[发明专利]具有过电流保护的故障电流泄流装置、方法和电力系统

说明书

本发明提出了一种具有过电流保护的故障电流泄流装置、方法和电力系统，故障电流泄流装置包括：电流采集器，用于采集输电线路的三相电流；故障识别器，与电流采集器相连，用于在任一相电流大于短路电流阈值时，判断输电线路发生短路故障，并计算各相电流与其余两相电流差之间的比例关系，根据比例关系构造故障相别选择系数，以及根据故障相别选择系数进行故障类型的识别；故障泄流器，连接在输电线路与地之间；控制器，分别与故障识别器和故障泄流器相连，用于在任一相电流大于断路器的最大开断电流时，根据故障类型对故障泄流器进行控制。该故障电流泄流装置，可实现故障支路的快速切除，同时可实现故障泄流器的精确控制，从而防止泄流失败。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种具有过电流保护的故障电流泄流装置、一种电力系统和一种故障电流的泄流方法。

背景技术

随着我国经济持续快速发展，社会对电能的需要日益增多，我国电力工业进入了持续快速发展时期，电网规模日益扩张，电力系统的负荷也持续增长。同时，大容量机组的投入运行、新能源的大规模并网以及各大区域电网的互联，导致了我国电力系统短路电流有逐年增长并超标的趋势，在经济发达的区域，短路电流水平已经超过了100kA。而在我国，电力系统现有断路器的最大开断电流为63kA，导致电网中现有断路器无法开断短路电流，严重威胁电网的安全稳定运行。在电网的生产运行过程中，最容易发生的故障类型就是短路故障，它也是威胁电网安全稳定运行的最主要因素之一，当系统发生短路故障后，会产生过高的短路电流，给电力系统带来一系列的负面影响，如产生很高的热效应从而破坏系统电气设备和绝缘设备，还会影响系统稳定性进而造成大面积停电等。因此，限制电力系统短路电流，快速切除故障支路已成为我国电力系统安全稳定运行和电力发展的迫切问题。

为限制电力系统短路电流，故障限流器(Fault Current Limiter，FCL)被认为是一种行之有效的重要手段，并日益成为电力系统关注的热点。如图1所示，FCL一般串联接入电网中。根据工作方式的不同，可以将故障限流器分为超导型故障限流器(Superconducting Fault Current Limiter，SFCL)和电力电子型故障限流器(FlexibleFault Current Limiter，FFCL)。

(1)超导型故障限流器(SFCL)

SFCL的原理是利用超导材料从超导态向高阻抗状态之间的转变，实现短路电流的限制。目前主流的SFCL主要有电阻式、变压器式、磁屏蔽式、电抗式等几种。

电阻式SFCL的结构拓扑如图2所示。电阻式SFCL主要由触发线圈(低损耗的极细丝超导电缆绕成的无感线圈)和限流线圈并联组成。

在系统正常运行情况下，触发线圈处于超导态，表现为零阻抗或者极小阻抗，几乎没有任何损耗。在故障发生后，短路电流升高，触发线圈可以在短时间内由超导态转变为高阻抗状态，从而增大系统的阻抗，达到限制短路电流的效果。

变压器式SFCL的结构拓扑如图3所示。变压器式SFCL是指在变压器二次侧接入超导线圈，且变压器具有漏抗小、互感大的特点。

在系统正常运行情况下，超导线圈处于超导态，此时接入系统的限流器阻抗较小。在故障发生后，短路电流升高，超导线圈处于高阻抗状态，从一次侧看进去系统阻抗增大，从而达到限制短路电流的效果。

(2)电力电子型故障限流器(FFCL)

FFCL的原理是利用半导体器件代替传统的开关设备，实现短路电流的限制，具有动作速度快、可控性能好的优点。根据电路形式主要有串联谐振式FFCL和并联谐振式FFCL。

串联谐振式FFCL的结构拓扑图如图4所示。串联谐振式FFCL主要由限流电感L、电容C和双向可控晶闸管S组成，其中电容C与双向可控晶闸管S并联后与限流电感L串联接入系统。