改进型桥式故障限流器提高了汽轮发电厂暂态稳定性

工程科学与技术，国际期刊39（2023）101345采用改进型桥式故障限流器德米特里·拜梅尔Shamoon College of Engineering，Dept.以色列Beer-Sheva电气和电子工程学院阿提奇莱因福奥文章历史记录：收到2022年2023年1月11日修订2023年1月19日接受在线预订2023年保留字：动态制动电阻器故障限流器汽轮机同步发电机暂态稳定A B S T R A C T提出了一种用于提高汽轮发电厂暂态稳定性的新型桥式故障限流建议的FCL是由一个创新的，准确的自适应控制算法，计算复杂度低。该算法将故障电流限制在由系统操作员定义的期望值。与最近公布的桥式FCL相比，所提出的FCL的其他重要优点是在正常操作期间防止功率损耗和谐波失真，并且仅需要一个电流传感器来进行正确操作。建议的FCL相比，一个串联动态断开电阻（SDBR）和传统的桥式FCL与旁路电阻。通过使用由600 MVA汽轮机驱动的同步发电机、600 MVA升压Transformer、200 kW/10 kVAR负载和电网组成的电力系统进行该比较仿真结果表明，在故障运行期间，所提出的故障限流器提供了最好的发电机的定子电流和电压，有功和无功功率，转矩的暂态稳定性FCL的操作也进行了验证与实验，imental设置为不同的极限电流和占空比的值©2023 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍汽轮机驱动的同步发电机、风力涡轮机和太阳能发电站等电源的暂态稳定性是影响电网电能质量的主要参数之一[1本文重点介绍基于汽轮机驱动同步发电机的发电厂，这些发电厂属于最大的电网供电发电厂[3高故障电流可能会对电网元件造成严重损害，并对汽轮机驱动的同步发电机的暂态稳定性产生负面影响[6]。为了应对这一挑战，断路器通常部署在整个电网中，并提供过电流保护[7]。然而，在某些情况下，断路器的时间响应不够快，可能会对电网造成此外，较高的故障电流设置要求断路器具有较高的短路电流额定值，这是昂贵的。使用断路器的附加且显著的缺点是发电机与电网的不期望的断开，即使对于短暂的暂时短路故障也是如此。电子邮件地址：dmitrba@sce.ac.il为了限制故障电流并防止电源断开，可以使用故障电流限制器（FCL）[8];这些也广泛用于输电和配电网络，可再生能源和储能系统。FCL通常与现有断路器串联连接，并且由于其快速响应时间，可以限制短路电流并防止在临时短路故障期间电力线的停机时间。此外，安装FCL可以降低断路器的短路电流额定值，从而降低价格。FCL的主要工作原理是基于变化的阻抗;在正常条件下，阻抗非常低，因此FCL不会影响电网，但在故障条件下，阻抗从低值快速变化到高值，以减少故障电流。一般来说，FCL分为超导型[9-超导FCL基于超导电阻器[14超导电阻器和电感器的阻抗根据温度、电流密度和磁场而变化。在正常运行期间，它们的阻抗为零，从而减少正常运行期间的功率损耗，而在故障运行期间，它们的阻抗增加并限制故障电流。然而，这是以更复杂的结构和更大的尺寸和重量为代价的。https://doi.org/10.1016/j.jestch.2023.1013452215-0986/©2023 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestchD. 拜梅尔工程科学与技术，国际期刊39（2023）1013452超导FCL非超导FCL基于具有内阻的传统电感器。它们的主要缺点是在正常运行时有较高的功率损耗.有许多FCL类型具有不同的设计和组件，例如磁通锁[21磁通锁定FCL的工作原理是基于安装在同一铁芯上的绕组之间的磁耦合。限制的故障电流的值可以通过改变线圈之间的电感来控制。也有磁通锁定拓扑，使用三个绕组，高温超导体（HTS）和电阻器。SMES FCL既可以作为将能量存储在其反应堆中的高功率能量存储系统运行，也可以作为FCL运行。屏蔽FCL由缠绕在互铁芯上的两个线圈组成，其中初级绕组是与电力线串联的铜线圈，次级绕组是由超导材料制成的圆柱体。在正常操作期间，超导圆柱体防止通量穿透到芯中，使得FCL的阻抗为零，而在故障操作期间，超导材料允许通量穿透到芯中，并且因此，芯进入饱和区 域并且FCL 具有高 阻抗。Transformer FCL 由一个 串联的Transformer和一个开关（通常是大功率晶体管）组成。Transformer的初级线圈连接到电源线，而次级线圈可以通过开关短路。在正常操作期间，开关被接通，使得芯通量低，而在故障操作期间，开关处于最常见的FCL拓扑结构是串联动态制动器-ing Resistor（SDBR）[27-SDBR FCL由一个高功率电阻器与一个旁路开关并联组成，通常由一个高功率IGBT晶体管实现。在正常工作期间，开关旁路电阻，因此SDBR FCL的阻抗几乎为零。在故障操作期间，旁路开关处于SDBR限流器的主要优点是结构和控制简单，成本低。桥式FCL通常由若干个半导体器件组成，例如二极管、晶闸管、GTO、IGCT和高功率晶体管，它们以桥式连接。在故障期间提供附加阻抗（电抗器和/或电阻器）的组件放置在电桥内部和/或与电桥并联。一般来说，桥式FCL具有更简单的结构，并且比其他类型的FCL更便宜。桥式FCL的最基本拓扑结构由二极管桥和内部电抗器组成，见[31]。在正常和故障操作期间，电流流过电抗器。在故障期间，电抗器限制故障电流的上升速率。这种拓扑结构的优点是其结构简单，没有控制器。这种拓扑的主要缺点是故障电流将仅在短暂的时间段（故障电流的几个周期）内受到限制，直到电抗器完全充电，此时故障电流将获得其最大值。另外的缺点是在正常操作期间反应器的内部电阻中的功率损耗[32-37]中显示了具有并联分支的更先进的桥接拓扑文献[32-在[35-36]中提出的这种拓扑的另一种变体[37]中显示了相同的配置，但具有并联连接的电阻器、电感器和电容器。在具有并联支路的拓扑中，IGBT导通，在正常操作期间流过桥的电流，而在故障操作期间IGBT被关断，使得并联支路限制故障电流。具有并联分支的桥式拓扑具有两个主要缺点。第一个是需要附加部件，例如并联电阻器、电容器和/或电感器，这增加了FCL的成本。第二个是正常运行过程中反应堆内阻的功率损耗。在大多数情况下，FCL工作在正常操作模式下。因此，这些功率损耗随着时间的推移而累积并变得显著。另一种非常流行的拓扑结构，在第2.1节中详细解释，是带有旁路限流电阻的二极管桥[38]。这种拓扑结构的优点是减少了元件的数量和控制极限电流值的能力。然而，在正常操作期间，反应堆的内部电阻中仍然存在功率损耗的缺点。一个额外的问题源于充电和续流模式，导致电流谐波失真在正常运行。在[39]中给出了具有多个开关电阻的该拓扑的扩展配置。这种拓扑结构的缺点是组件数量相对较多，在正常操作期间电抗器的内部电阻中的功率损耗，以及由于电阻器的阶跃连接而导致的低控制分辨率。桥式FCL有几种控制方法在[33，35，37]中使用的最基本的控制方法识别故障电流并简单地关断IGBT，使得故障电流受到并联支路的限制。这种方法的主要问题在于无法控制极限电流的大小。在[32]中，使用非线性反推控制方法来控制FCL的阻抗值这种方法的缺点是需要两个传感器（电流和电压），在寻找李雅普诺夫函数的高复杂性，以及对参数变化的[34]中提出的控制器具有FCL和风力涡轮机转换器的双重应用。这种控制器的主要缺点是其高度复杂的结构，包括三个层次的控制回路，这需要昂贵的DSP。另一个缺点是需要两个传感器（电流和电压）。[36，39]中讨论的另一种控制方法是模糊逻辑。使用模糊逻辑控制的主要缺点是依赖于以前的知识，有限的精度，复杂的实施和需要测试的验证和核实。为了克服所讨论的拓扑结构的上述缺点，本文提出了一种改进的桥式FCL拓扑结构，该拓扑结构在正常操作模式下旁路限制电抗器和电阻所提出的控制算法克服了与先前讨论的控制方法相关联的缺点。采用由600 MVA汽轮机驱动的同步发电机、600 MVA升压变压器、200 kW/10 kVAR负荷和电网组成的基准电力系统，将所提出的FCL与SDBR和带旁路电阻的传统桥式FCL进行了比较。仿真结果表明，在故障期间，所提出的故障限流器提供了最好的暂态稳定的所有测量参数的汽轮发电机。所提出的FCL的操作也在缩小的电压和电流下进行了实验验证这项研究的主要贡献是：由于在正常操作期间旁路电抗器和电阻器，所提出的FCL消除了电抗器的内阻中的功率损耗。所提出的拓扑结构具有与具有旁路限制电阻器的二极管桥FCL相同的元件数量[38]，其比具有并联分支的桥式FCL少。●●D. 拜梅尔工程科学与技术，国际期刊39（2023）1013453所提出的控制算法不需要以前的知识，具有简单的结构，可以实现一个简单的和低成本的控制器，只使用一个（电流）传感器，并提供精确的限制的故障电流的值所定义的系统的操作员。所提出的FCL防止由于所测量的电流中的不期望的高频噪声而导致的假激活在故障条件下，建议的FCL提供了最好的瞬时稳定的蒸汽涡轮驱动发电机所提出的故障限流器的实施提供了最低的上升率和峰值在定子故障电流和最小的定子电压下降在故障期间。本文的其余部分组织如下。第2介绍了拟议的FCL。第3介绍了汽轮机驱动发电机模型。模拟结果见第4。这些结果在第5中讨论。第6给出了实验结果。论文的结论见第7节。2. 建议的FCL2.1. 带旁路限流电阻的带旁路IGBT的标准二极管桥FCL如图1所示[38]。它位于由阻抗R线、X线表示的电源线和与负载阻抗ZL并联的故障阻抗ZF之间。在正常操作期间，IGBT开关接通并旁路限制电阻器R。结果，标称电流流过对应的二极管对和电抗器Ld。在瞬态期间，电抗器被充电到整流电流的最大值，并保持该电流值，直到故障操作开始。因此，电抗器上的电压降几乎为零，因此FCL不会影响电力系统。然而，电抗器并不理想，并且在其内部电阻Rd中存在恒定的功率损耗。在故障操作期间，IGBT开关被关断，使得电阻器R被插入故障电流限制阻抗。这种拓扑结构的优点是成本低、结构简单、可控性好、维护量少，缺点是在正常运行时存在功率损耗和电流谐波失真。2.2. 所提出的拓扑图2描绘了所提出的FCL，其具有与第2.1节中呈现的具有旁路IGBT的标准二极管桥FCL相同的组件。所提出的FCL拓扑结构克服了与具有旁路IGBT的标准二极管桥FCL相关的缺点，同时保持其上述优点。Fig. 1. 带旁路限流电阻的传统二极管电桥。图二. 提出的FCL拓扑。在所提出的FCL中，在正常操作模式期间，IGBT开关旁路电抗器L d和电阻器R两者。因此，与具有旁路IGBT的标准二极管桥FCL不同，正常操作电流不流过电抗器。因此，避免了具有旁路限制电阻器的传统二极管电桥中存在的功率损耗和电流谐波失真。当线路电流超过预定义阈值ith时，控制单元识别故障电流并进入故障操作模式。在故障操作模式的瞬态期间，IGBT开关被关断，使得由电抗器Ld和电阻器R组成的故障限流阻抗被插入到故障电路中。电抗器从零开始充电，并限制故障电流的上升速率，直到完全充电。当反应堆充电时，瞬态结束，稳态开始。电阻器R限制瞬态和稳态中的故障电流。在所提出的拓扑中，电抗器电流的初始值在故障操作开始时为零的事实确保了比具有旁路IGBT设计的标准二极管桥FCL更好的故障电流上升速率限制能力，其中电抗器在故障操作开始时已经被充电到整流正常电流的最大值。所提出的故障限流器可以在实际的中压电力系统中实现该拓扑的主要元件是大功率二极管、电抗器、电阻和IGBT.这些都是“用于4kV电压和1MW电力系统的这种FCL的生产成本（大规模生产）为大约15000美元，这与市场上现有的解决方案相比相对较低（例如，用于中压应用的“基于爆炸的”FCL的成本它也将比前面提到的具有并联支路的桥式拓扑结构成本更低[32-然而，故障电流和电压降的限制能力和拟议的故障限流器的暂态稳定性是显着的，cantly优于SDBR和其他提到的桥拓扑结构。同样重要的是要注意，所提出的拓扑结构可以用于更高电压和更高功率的应用。更高的电压和额定功率可以通过级联几个IGBT开关和使用更高的电压和更高的功率二极管，电抗器和电阻器。●●●●D. 拜梅尔工程科学与技术，国际期刊39（2023）1013454..chRFchchxt-t0i2Vmsinusxt0-hFÞ2VDFFch1/2FchI：C：-.Z.EURRch.Z.-IF¼þ..对于所提出的FCL的正确操作，IGBT在从正常到故障操作模式的过渡期间的时间响应是非常重要的。在IGBT关断期间，故障电流不受限制，这可能对电力系统造成危险。因此，在这种拓扑中，使用非常快速的交换机至关重要。然而，IGBT的典型时间延迟约为200 nsec，与故障电流的典型上升速率相比非常快。此外，新的氮化镓（GAN）[42]和碳化硅[43] MOSFET技术现在可用，超快开关响应时间约为25- 30纳秒。因此，在故障限制阻抗插入故障电路之前，故障电流将不会达到高值。精确控制器的实现和较低阈值的定义将进一步减少响应时间。2.3. 控制单元操作员向控制单元定义阈值电流ith的值，高于该值的电流被识别为故障电流该阈值电流应根据安装FCL的电力线/电力系统的额定电流由操作员定义的附加参数是参考电流iREF，其是故障操作期间的限制电流的值。参考电流的值应定义在确保系统在绝缘完整性方面安全运行的范围内。典型地，运营商是负责电网或站点的特定部分（例如发电厂、开关站、变电站等）的操作的公司，并将FCL安装在其位置（例如变电站）中，以保护其免受故障电流的影响。控制单元操作算法原理如图所示。 3和它的方块图中所示。 四、控制单元持续测量在电桥内部支路中流动的电流iBR该电流通过LPF，以避免由于测量电流中可能存在的高频噪声而导致FCL的不期望的激活接下来，与阈值进行比较所生成的PWM信号被施加到IGBT开关，直到故障结束，使得桥电流将低于阈值电流iBRith。<2.4. FCL的理论分析在正常运行期间，故障限流阻抗被旁路，允许标称正弦电流流过电源线和FCL。因此分析不需要正常操作模式。故障电路通过短路阻抗ZF<$RF<$jXF与负载阻抗ZL<$RL<$jXL并联连接来实现，其中RF、XF是短路阻抗的电阻和电感分量，RL、XL分别是负载阻抗的电阻和电感分量。 线路阻抗由线路电阻和电抗组成 jX线。在故障运行期间，FCL运行在两种模式：充电和续流。这两种模式都存在于电源的正半周期和负半周期中[40]。2.4.1. 充电模式图5描绘了所提出的FCL在充电模式期间的操作。当限制阻抗连接到故障电路时，电抗器通过相应的二极管对（D1;D3为正半周，D2;D4为负半周）从零开始充电。在充电模式期间，故障电路的总阻抗由与负载阻抗并联的线路阻抗、电抗器阻抗和短路阻抗组成因此，故障电路的总阻抗由下式给出：ZFch 1/4Z线1/2 XLDC ZLkZF¼RFch ¼ZFch \hFch;102其中，RFch、XFch是故障电路阻抗的阻性和感性分量，ZFch、hFch分别是阻抗它们可以通过以下方式计算：电流ith，并且只要当前的iBR低于阈值. Z.qR2X23电流运行正常，IGBT开关保持处于“接通”位置，从而旁路限幅电抗器和电阻器。当电流iBR变得高于阈值时，当控制单元检测到故障电流时，控制单元识别故障电流并进入故障操作模式。结果，IGBT开关被关断，Fch ¼hFchFch.XFFchΣð4Þ将由电抗器和电阻器组成的限制阻抗连接到故障电路。控制单元将保持IGBT故障电路KVL方程由下式给出：直到反应堆充满电。典型地，对反应器进行充电需要几个主循环，并且该时间段被定义为“充电周期”。V在¼RFchchLFchdiFchD t2.5V DF;2.5VDF瞬态当反应堆完全充电到故障电流时，FCL进入稳态模式。为了识别电抗器完全充电的时刻，控制单元在每个充电期间对电流iBR的值进行其中，iFch代表充电故障电流，VDF是二极管两端的电压降。馈送电力线的电压是正弦的，并且由下式给出：电源循环并比较这些样本。如果样品iBR<$B<$等于或低于前一样品iBR<$A<$，则反应器V在1/4p2.5VmSinxt：1000已完全充电且瞬态模式已结束。此时，故障电流通过求解方程得到（5）作为故障电流将被限制到最低可能值RF不Fch=pchFchFch模式将极限电流设置为由i定义的值duty cycle，dREF.该占空比可以通过下式计算：REF关于IGBTp2Vmsinxt-hSCFch2VDFR chd参考¼iBR SSi参考编号10000000其中，iFchI：C：是充电故障电流的初始条件，并且t0是续流模式结束并且充电模式开始的时间点。这两种模式其中，iBRSS是瞬态结束时的极限电流值。当负载电流的模数变得高于电抗器电流的模数时发生。1/4反正切由限制电阻器R限定。参考电流iREF可以我e-X等于或高于瞬变结束时的电流]开关必须由具有适当7Þþ;FD. 拜梅尔工程科学与技术，国际期刊39（2023）1013455图三. 控制单元的运算算法原理。D. 拜梅尔工程科学与技术，国际期刊39（2023）1013456....RFFFW1-]FFWFFWtFFW=x半im1FFW.Z.;见图6。在自由滑行模式下，建议的FCL的运行。见图4。 控制单元的方框图。高于2VDF时，剩余的一对二极管（处于电抗器通过四个二极管放电，如图6所示。在续流模式下，总故障阻抗与充电模式下不同，因为电抗器短路。该阻抗描述为：ZFFW <$Z线<$ZLkZF<$RFFW 阿斯塔纳XFFW ¼ZFFW \hFFW;208其中，RFFW、XFFW是故障电路阻抗的阻性和感性分量，ZFFW、hFFW分别是阻抗它们可以通过以下方式计算：. ZF图五.在充电模式下，操作拟议的FCL。.<$qR2X2ð9ÞhFFW 1/4弓; XFFW 2015年1月1日0时FW负载和电抗器电流由二极管电流计算作为iL1/4iD1-iD2/4iD3-iD4;iLD ¼iD1þiD4¼iD2þiD3：ð1 2Þ续流故障电路KVL方程由下式给出：Vin¼RFFW iFFW 公司简介DiD t100 V DF;130V其中，IFFW代表可以通过求解（14）来计算的续流故障电流：-射频固件-p2V Sinoraxt-hFFWFFWI：C：p2Vmsinxt-hFFWFFW. ZF FW.14Þ2.4.2. 惯性滑行模式FCL在自由滑行模式下的运行如图所示。六、在充电模式期间，电抗器充电至峰值其中，iFFWI：C：I是续流故障电流的初始条件，并且t1是充电模式结束的时间点并且开始自由旋转模式。电抗器电流计算如下：正弦电流的值，因此电流减小我2VDF根据正弦曲线形状。结果，电抗器电压的极性反转。当反应堆电压变为LDFLD t：100FW我þD. 拜梅尔工程科学与技术，国际期刊39（2023）1013457ðþÞFchI：C：.ZF.LD02Vm2.4.3. 初始条件可以通过数值求解来计算空转和充电模式之间的过渡的时间点t0一个再热器一个交叉管和三个压力部件该系统的等效动态模型如图所示。7.第一次会议。调速器通过执行速度（fre-fres）来控制涡轮机。频率）和功率（负载）控制。执行速度控制p2Vm2VDFt-R线RLt0-t1pVmpVmsinxt1机械地通过将涡轮机速度调节到电网频率，. ZFCH. - -一种LD半。ZFCH. -我知道ZFFW. ð并通过下垂控制建模，下垂系数KD首先─p2V [Sino-xt-h]ð16Þ阶次传递函数1=101<$Txs <$。功率控制是每--hFFWZFFW。0FFW：通过将涡轮机负载调节到PREF信号来形成根据根据速度和功率的变化，充电模式下的电抗器电流的初始条件等于时间点t0处的电抗器电流，因此可以通过下式计算：中间滑阀，其通过传递函数1= 1TSV s建模。伺服阀接收来自中间滑阀的控制信号，并调节蒸汽流量，蒸汽室，由传递函数1 = 101<$T CH s<$模拟。然后，i¼p2.0Vm-2VDFt：1.17Vch续流模式下电抗器电流的初始条件等于充电电流的最大值，因此可以通过下式计算：p我18蒸汽从蒸汽室进入高压（HP）涡轮机的一部分，用K.转动涡轮机HP叶片，蒸汽离开高压部分进入再热器进行补充加热，表示通过的转移函数1 = 1 T RH s。接下来，蒸汽进入汽轮机的中压（IP）部分，用K IP表示。在最后阶段，蒸汽离开IP部件并进入交叉管，描述如下：F FW I：C：100。ZFch . ：Þ传递函数1=101 TCOs，然后进入低压(LP)部分，由KLP代表。同步发电机如图所示。 7、第二个命令3. 汽轮机驱动同步发电机汽轮机是一个复杂的非线性系统，它由调速器、中间滑阀、汽室、模型，其中D是阻尼因子，xb代表母线频率扰动，d是转子角度。一个更复杂的国家dq0参考系[41]中的同步机模型由下式给出：eL线0¼D. 拜梅尔工程科学与技术，国际期刊39（2023）1013458见图7。 汽轮机驱动同步发电机的等效动态模型。D. 拜梅尔工程科学与技术，国际期刊39（2023）1013459DT.Σdt¼r3Pref-Dxm-xsaf2bLqkdkqB kqkfdtL0Dx.1dh¼x;3bxs-6LffLqxs3Lafxs表1被测电力系统的仿真参数参数值单位dkd2RaLff2Ra Lafdt¼-dkq bkdxmkqRaBkfvd;同步发电机额定功率600 MWDT 1/4-xmkd-Lqkq <$vq;dk0¼ -Rakqv0;dkf3RfLaf2RfLd线间电压（RMS）22 kV频率60 Hz定子电阻0.0045PU惯性系数0.8788dt¼bkd-bkfvf;ð19Þ摩擦系数0极对1Transformer式中，xs¼2pf为标称电网频率，kf为场风。对于磁链，Lff是励磁绕组自感，Laf是定子相 为励磁绕组电压，kd; kq; k0为定子磁链的dq 0变换，Ld;Lq;L0为直轴、交轴和零序额定功率600 MW初级和次级绕组电阻6 e-4X磁化电感500 puFCL电阻器R（建议FCL、标准FCL和SDBR FCL）100X 电 抗 器 Ld（建议的FCL和标准FCL）6H电抗器IGBT开关PWM频率1 kHz同步电感。系数r和b分别定义为：P21r¼ð20ÞK指数¼ZTBjDKjdt;222和Jxs不是其中K代表相关参数，ta和tb定义了b¼2Ld Lf f- 3L2;221mm4. 仿真结果4.1. 被测电力系统图图8显示了测试的电力系统：一个600 MVA的发电厂，基于蒸汽涡轮驱动的同步发电机，通过一个22/500 kV Transformer和一条5 km的电力线向500 KV电网供电。FCL位于升压Transformer之后，保护发电厂和Transformer免受故障电流的影响。FCL与5 km电力线路之间接有200 KW/10 kVAR的有功/无功负荷。该电力系统通过Simulink程序进行仿真，其仿真参数如表1所示。为了评估所提出的FCL的有效性和优越性，为提高汽轮机驱动的同步发电机的暂态稳定性，所提出的FCL与标准的二极管桥FCL与旁路IGBT和SDBR FCL进行了比较。对同步发电机的定子电流、电压、输出有功功率、无功功率和转矩进行了暂态稳定性比较这些测量参数的瞬态稳定性使用以下稳定性指数计算，该指数测量与定义的标称值的偏差的积分：测量偏差的时间间隔。更好的暂态稳定性将导致更低的稳定性指数，反之亦然。模拟着重于两种情况。在第一种情况下，当断路器和负载之间出现三相短路时，故障期开始于5秒，当短路被消除时，故障期结束于5.06秒。在此期间，所提出的FCL限制故障电流，并且电抗器Ld处于瞬态，由故障电流充电。在故障周期结束时（在时间5.06秒时），电抗器仍然没有完全充电，因此控制单元保持IGBT开关关断，即，dc= 0%。故障周期之后是恢复周期，恢复周期从5.06秒开始。图9示出了在第一场景中被测试电力系统的仿真结果。这些模拟进行了四种情况下：没有FCL，SDBR FCL，传统的桥梁与旁路FCL和建议的FCL。这些仿真结果在暂态稳定性方面的分析和比较基于稳定性指数计算，如表2所示。在第二种情况下，故障周期比第一种情况长。它开始于5秒，结束于5.11秒。在时间5.08秒时，当故障电流将电抗器Ld完全充电到1.42 pu的值时，控制单元计算将故障电流限制到由操作员定义的期望值的占空比。图10示出了针对不同的受限电流和占空比值的第二场景的仿真结果。基于稳定性指数计算的测量参数的暂态稳定性比较如表3所示。计算时间段t2½5：08;5：10 6]内各参数的稳定性指数。见图8。 测试电源系统。;D. 拜梅尔工程科学与技术，国际期刊39（2023）10134510图9（续）D. 拜梅尔工程科学与技术，国际期刊39（2023）10134511ð Þ ðÞðÞ图9.第九条。四种情况下所研究的电力系统的仿真结果：无FCL，SDBR FCL，传统的桥与旁路电阻，并提出FCL（第一种情况）。故障周期开始于5秒，结束于5.06秒，dc=0。（a）同步发电机的定子电流;（b）同步发电机的输出电压;（c）同步发电机在故障和恢复时段期间的有功功率;（d）同步发电机的有功功率-放大故障时段;（e）同步发电机在故障和恢复时段期间的无功功率;（f）同步发电机表2测量参数的暂态稳定性比较，第一种情况。参数期间无FCLSDBR带旁路电阻的拟定FCL电流故障12.79.884.922.5电流恢复65.613.195.23电压故障3.321.880.660.25电压恢复2.72.320.980.65有源电力故障3.155.54.52.8有源电力恢复311.389.766.11无功功率故障5.373.421.750.93无功功率恢复2.653.222.833.56扭矩故障8.164.712.98扭矩恢复3.4111.99.746.45. 讨论图图9（a）示出了同步发电机的模拟定子电流，正常操作t5s;以及<的故障5t 5： 06s和恢复t>5： 06s周期。<<在故障期间，所提出的FCL获得的最低电流峰值为1.22pu，而标准FCL与旁路电阻限制故障电流到1.5pu的较高峰值SDBR FCL将故障电流限制在2.3pu。在没有任何FCL的情况下获得了2.91pu的最差结果最好的暂态稳定性实现了建议的FCL，与稳定性指数为2.5，而最差的情况下，没有任何FCL。在恢复期，0.1pu电流峰值的最佳结果与所提出的FCL有关，而SDBR情况下的最高电流峰值为0.56pu。在恢复期间，带旁路电阻FCL的常规电桥获得了最佳的暂态稳定性。图图9（b）示出了第一种情况下同步发电机的模拟定子电压。在故障期间，所提出的FCL实现了最小的电压降为0.85pu。使用带有旁路电阻器FCL的传统电桥提供了稍微更深的电压降使用SDBRFCL的操作导致更显著的电压下降-达到0.54pu，而在不使用任何FCL的情况下在恢复期间，恢复最快的是通过拟议的FCL实现所提出的故障限流器实现了最好的暂态稳定的故障和恢复期间。图9（c，d）示出了第一种情况下同步发电机的模拟有功功率。在故障期间，与其他情况相比，建议的FCL操作实现了更低的有功功率偏差和更好的暂态稳定性在恢复期间，实现了最佳的暂态稳定性没有任何FCL。然而，建议的FCL仍然比SDBR和传统桥梁具有更好的瞬态稳定性，旁路电阻FCL。图9（e，f）示出了针对第一种情况的同步发电机的模拟无功功率。在故障期间，建议的FCL操作提供了最低的无功功率偏差和最好的暂态稳定性相比，其他研究的情况下。然而，在恢复期间，采用拟定FCL和SDBR FCL运行导致无功功率峰值为2.5pu和2.92pu。此外，在恢复期间，拟议的FCL的暂态稳定性比其他研究的情况下更差。图图9（g，h）显示了第一种情况下同步发电机的模拟扭矩。在故障期间，建议的FCL提供了更好的减少转矩偏差和更好的暂态稳定性比在其他情况下在恢复期间，在没有任何FCL的情况下实现了最佳的暂态稳定性D. 拜梅尔工程科学与技术，国际期刊39（2023）10134512见图10。四种情况下所研究的电力系统的仿真结果：直流=0，直流= 15%，直流= 30%，直流=45%（第二种情况）。故障周期从5秒开始，到5.106秒结束。(a)同步发电机的定子电流;（b）同步发电机的输出电压;（c）同步发电机在故障期间的有功功率;（d）同步发电机的有功功率<<<<<

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