新型电能质量调节与故障限流复合系统关键技术研究

The fault current limiter (FCL) is a necessary means to limit the short-circuit current of the power grid, and an important guarantee for the safe and stable operation of the grid. But if FCL is rarely used, namely, a long-term idle FCL，it will be turn out with low utilization. The project intends to study hybrid-controller for power quality and fault current (HPQFC), so as to serve multiple purposes. When the short-circuit fault of the grid does not occur, HPQFC is on the long-running power quality adjustment mode to improve power quality. Or it runs in limited streaming mode, and the short circuit current is limited within the desired range. It focuses on solving such problem, between high-voltage, high-current, and low-frequency devices of the fault current limiter and low voltage, low current, and high frequency devices of the power quality regulation device, and proposes the topology of HPQFC. It also reveals the operational mechanism of HPQFC at the grid different grounding and fault state, and determines its operation mode and cooperation method of relay protection. It researches the control strategy of HPQFC when it is under the power quality adjustment mode, fault current limiter mode and the switching mode of them. It explores the continued power quality conditioner feasibility of HPQFC for non-fault phase at power system failure. The program will offer an effective way of solving problems of the FCL of being long-term idle and with low utilization, and improve the asset utilization of the grid. Consequently, the project has the important scientific significance and research value.

故障限流器是限制电网短路电流的必要手段，是电网安全稳定运行的重要保障。但故障限流器使用频次和时间非常少，长期闲置，利用率低下。本项目拟研究新型电能质量调节与故障限流复合系统HPQFC，实现一机多用，在电网未出现短路故障时，长期运行在电能质量调节模式，提高电能质量；当出现短路故障时，运行在限流模式，将短路电流限制在期望范围内。重点解决故障限流的高电压、大电流、低频器件与电能质量调节的低电压、小电流、高频器件间的矛盾，提出HPQFC拓扑结构；揭示电网不同接地方式和故障下HPQFC的运行机理，确定其运行模式以及与电网继电保护的配合方法；研究HPQFC在电能质量调节模式、故障限流模式以及模式间切换情况下的控制策略；探索电网故障时HPQFC在非故障相持续电能质量调节的可行性。本项目将为解决故障限流器长期闲置、利用率低下的问题提供有效途径，为提高电网资产利用率做出贡献，具有重要的科学意义和研究价值。

为克服传统串联型电能质量治理设备在短路故障下无法实现自身保护，传统故障限流设备功能单一、利用效率低等问题，本项目基于电能质量调节与故障限流的综合利用思想，采用拓扑复用技术，提出了新型电能质量调节与故障限流复合系统（Hybrid Controller for Power Quality and Fault Current，HPQFC），重点研究内容包括：①HPQFC系统的拓扑结构研究；②不同接地方式和故障类型下HPQFC运行机理研究；③HPQFC的控制策略研究；④功能性样机和测试平台搭建。本项目研究主要成果包括：.（1）提出了HPQFC系统一机多用的设计思想与最优拓扑结构，进行了多种复合系统的分析对比，理清了不同故障类型下HPQFC系统的短路限流需求，实现了HPQFC系统各相独立运行、灵活控制。.（2）刻画了HPQFC系统不同运行模式和不同故障类型下能量的流通与分布，并提出了HPQFC系统不同模式间平滑切换的安全动作时序，确保其在不同功能间可靠切换。.（3）建立了不同运行功能下HPQFC系统的数学模型及统一电气模型，并基于电网实时状态的综合控制技术, 构建了一种通过改变反并联晶闸管触发角与串联变压器变比相配合的故障电流主动调节方法。.（4）提出了考虑灵敏性校核的HPQFC系统时间调节方法、考虑选择性校核的HPQFC系统故障电流调节方法，实现了HPQFC系统与电网线路电流、线路重合闸保护的正确配合。.（5）搭建了数字仿真试验平台、物理模拟实验平台进行HPQFC系统实验室模拟，在此基础上验证了所提拓扑与控制策略的正确性和有效性。.在该研究项目支持下，本项目组成员按研究计划完成了全部研究内容，较好实现了项目的既定研究目标。共资助发表SCI检索期刊论文3篇、EI检索期刊论文13篇、CSCD检索期刊论文5篇；授权发明专利5项、实用新型专利3项；登记软件著作权6项；获得国际、国内优秀论文奖4项，相关成果获云南电网有限公司科技进步二等奖1项。