呂亞洲，崔曉丹，胡陽，李熙，李威，李碧君

（1.南瑞集團公司（國網(wǎng)電力科學研究院），江蘇南京 211000；2.南京理工大學自動化學院，江蘇南京 210094）

故障限流器對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響及應用研究綜述

呂亞洲1，崔曉丹1，胡陽1，李熙2，李威1，李碧君1

（1.南瑞集團公司（國網(wǎng)電力科學研究院），江蘇南京 211000；2.南京理工大學自動化學院，江蘇南京 210094）

介紹了不同類型故障限流器的基本原理、優(yōu)缺點、開發(fā)及應用現(xiàn)狀。從繼電保護和重合閘、系統(tǒng)暫態(tài)功角及電壓穩(wěn)定等方面，論述了FCL接入對電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的影響及優(yōu)化配置問題?？偨Y(jié)了FCL工程實用化需要解決的幾大關(guān)鍵問題，提出了FCL研發(fā)應用發(fā)展趨勢，指出FCL會在改善直流受端輸電能力、降低換相失敗風險，提高電能質(zhì)量，增強大規(guī)模新能源接入能力等方面發(fā)揮其獨特作用。由于目前FCL技術(shù)和經(jīng)濟性限制，基于常規(guī)電氣設(shè)備的經(jīng)濟型FCL仍是目前實用化的首選，而隨著大容量高耐壓自關(guān)斷電力電子器件的日益成熟，基于電力電子技術(shù)的固態(tài)限流器將成為未來FCL應用的熱點。

故障限流器（FCL）；短路電流；繼電保護

隨著特高壓互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模越來越大，其電氣聯(lián)系和耦合特性也越來越明顯。發(fā)電機單機容量的增大、配電容量的擴張及各大電網(wǎng)的互聯(lián)，配電母線或大型發(fā)電機出口的短路電流值不斷攀升，有些情況下甚至超出了斷路器的額定遮斷容量，嚴重威脅電網(wǎng)的安全運行[1-4]。短路電流問題成為影響電網(wǎng)運行控制的一個重要因素，限制電力系統(tǒng)短路電流成為一個亟待解決的問題[5-10]。故障限流器是解決短路電流超標的方案之一[11]，文獻[5，12]等綜述主要集中在故障限流器的分類、實現(xiàn)原理和技術(shù)改進等方面。本文著重從FCL的接入對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響、FCL的優(yōu)化配置以及應用新趨勢等角度深入介紹，對各類FCL技術(shù)和經(jīng)濟性做了對比，指出FCL未來可能的熱門發(fā)展方向。

1 故障限流器技術(shù)簡介

傳統(tǒng)的被動型故障電流限制措施如采用高阻抗變壓器、固定電抗器、母線分裂運行存在著破壞電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，增加穩(wěn)態(tài)運行時系統(tǒng)阻抗，降低系統(tǒng)安全穩(wěn)定性等固有缺點，在目前復雜大電網(wǎng)中越來越不適用。而以FCL為代表的主動動作型的限流措施在電網(wǎng)正常運行期間，呈現(xiàn)出小電抗特性；當電網(wǎng)發(fā)生故障時，立即轉(zhuǎn)變?yōu)榇笞杩?，將故障電流限制到較低水平，實現(xiàn)了故障限流的動態(tài)控制。

FCL是在傳統(tǒng)串聯(lián)電抗器限流的基礎(chǔ)上，依靠電力電子技術(shù)、超導技術(shù)、磁路控制等其他先進技術(shù)改造而來，其基本原理模型可簡化為圖1。在系統(tǒng)正常運行時，K處于閉合狀態(tài)，F(xiàn)CL無電抗投入；而只在系統(tǒng)故障時K快速斷開投入電抗器進行限流。大部分FCL本質(zhì)上都是基于此基本模型或拓展，不同的FCL主要區(qū)別在于限流阻抗的性質(zhì)、K的實現(xiàn)方式及其控制策略。

圖1 故障限流器簡化模型Fig.1 General model of the FCL

2 故障限流器的實現(xiàn)方案及應用現(xiàn)狀

2.1 超導故障限流器

超導故障限流器根據(jù)超導體是否利用失超特性限流，可分為失超型和非失超型，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點還可進一步分為電阻型、橋路型、磁屏蔽型、變壓器型、飽和鐵芯型等。失超型超導限流器利用超導體的超導/正常（S/N）態(tài)的轉(zhuǎn)變（即溫度、磁場或電流超過臨界值時，超導體將由無阻態(tài)轉(zhuǎn)移到高阻態(tài)）來達到限制電流的目的。非失超型超導限流器由超導體線圈和其他元件（電力電子器件或磁元件等）結(jié)合構(gòu)成，通過控制運行模式達到限制短路電流的目的[11-18]。超導型FCL的實用化不僅面臨經(jīng)濟性及超導系統(tǒng)冷卻的效率[19-20]等超導裝置共性問題，而且失超型FCL恢復超導態(tài)時間過長，容易與系統(tǒng)重合閘沖突[21]，非失超型的阻抗變化也會影響繼電保護的正確動作[22]，需要重新進行整定。

2.2 磁元件限流器

磁元件限流器分為磁通約束型和磁飽和開關(guān)型2種[11]。磁通約束型的原理是在同一鐵芯上串聯(lián)2個同名端相反的繞組，正常情況下工作電流在2個繞組上激發(fā)2個大小相等方向相反的磁通，鐵芯中總磁通為零，F(xiàn)CL對外表現(xiàn)為2個繞組的漏阻抗，其值很小。當故障發(fā)生時，將其中一個繞組旁路，鐵芯內(nèi)磁通零平衡被破壞，F(xiàn)CL呈現(xiàn)出高阻抗[23-25]。而磁飽和開關(guān)型也是利用鐵芯的磁路特性，不同的是，限流繞組在正常工況下利用直流偏置電源等方法使其工作在磁飽和狀態(tài)，輸出低阻抗以降低對系統(tǒng)運行的影響；故障工況下，限流繞組通過故障電流使其去飽和以實現(xiàn)高阻抗限流的目的[26-27]，由于磁元件限流器的控制較復雜，目前應用較少。

2.3 PTC電阻限流器

PTC（positive temperature coefficient）電阻是一種非線性電阻，在正常工作時產(chǎn)生的熱量很小，電阻很低，當發(fā)生短路時電阻溫度迅速增加，在數(shù)毫秒時間內(nèi)就增加到比正常電阻高8～10個數(shù)量級的高阻值。利用PTC電阻的這種特性研制的FCL在低壓領(lǐng)域已有商業(yè)應用[28]。但其也存在固有缺點：由于電阻迅速升高，在限制感性電網(wǎng)電流時會產(chǎn)生很大的過電壓，因此必須并聯(lián)限過壓設(shè)備，增加投資成本；PTC電阻在限流過程中會膨脹，必須充分考慮連接設(shè)備的機械強度[28-29]；PTC電阻固有的電壓和電流額定值不高，只有幾百伏/幾安，必須串并聯(lián)使用，限制了其在高壓系統(tǒng)中的應用；PTC電阻在每次限流動作后，需幾分鐘的恢復時間，且使用壽命也較短，這是阻礙其大規(guī)模應用的主要因素。

2.4 固態(tài)限流器

固態(tài)限流器[30-32]是利用電力電子技術(shù)開發(fā)的一種新型短路限流器，一般由常規(guī)電抗器、電力電子器件和控制器構(gòu)成，可以根據(jù)需要構(gòu)成許多不同拓撲結(jié)構(gòu)，具有動作速度快，允許動作次數(shù)多，控制簡便等優(yōu)點。通過控制電力電子器件的工作狀態(tài)，可以改變固態(tài)限流器的等效阻抗，從而達到限流短路電流的目的。固態(tài)限流器可以稱為一種新型的FACTS設(shè)備，已經(jīng)得到了越來越多的重視，但由于電力電子器件在系統(tǒng)故障期間要通過全部的故障電流，對器件的性能和容量要求較高[33]。另外多個固態(tài)限流器或與其他FACTS裝置控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合，也是一個亟待解決的問題[36]。

2.5 經(jīng)濟型限流器

經(jīng)濟型限流器的具有技術(shù)成熟，可靠性高，成本較低，無需外加控制實現(xiàn)自動投切的優(yōu)點。主要分為電弧電流轉(zhuǎn)移型和串聯(lián)諧振型兩大類。電弧電流轉(zhuǎn)移型FCL主要結(jié)構(gòu)由真空開關(guān)和限流電阻的并聯(lián)組成。當系統(tǒng)正常工作時，負荷電流正常通過真空開關(guān)，短路故障發(fā)生后，向真空開關(guān)開斷，強迫電流過零熄弧并轉(zhuǎn)移至限流電阻實現(xiàn)限流。但該類型FCL存在以下問題[12]：可轉(zhuǎn)移電流受真空電弧電壓和引線雜散電感影響較大；轉(zhuǎn)移時間取決于真空開關(guān)的分斷速度；當電弧電壓很低時，短路電流轉(zhuǎn)移困難，需要外加輔助裝置提高電弧電壓和強迫電路過零。

串聯(lián)諧振型FCL分為基于飽和電抗器和避雷器[34]2種類型，其中飽和電抗器和避雷器相當于開關(guān)的作用。正常工作下電容電感處于串聯(lián)諧振狀態(tài)，阻抗很小，當系統(tǒng)短路故障時，大電流使電抗器進入飽和狀態(tài)或使避雷器動作導通，使電容器退出諧振，從而使電抗器單獨串入線路而實現(xiàn)限流。另外，利用電磁斥力快速開關(guān)[35]也可達到快速旁路電容器的目的。

2.6 故障限流器的工程應用現(xiàn)狀

FCL除了需要上述故障期間進行快速阻抗投入外，還應當具備自動復位、多次連續(xù)動作能力、諧波產(chǎn)生少、投資及運行成本可接受等條件才具備實用價值[30-39]。

目前故障限流器受其技術(shù)難度和性價比限制，國內(nèi)外研究機構(gòu)雖已研制出各類FCL實驗樣機[40]，但在電網(wǎng)中實際工程應用較少，且主要為在低壓小容量的試驗性應用。國外在該領(lǐng)域起步較早，特別是在固態(tài)和超導FCL的實用化、商業(yè)化均有一定的成果[4]。1993年初，在美國新澤西州Mort Monmouth的Army Power Center的4.6 kV交流饋電線路上安裝了一個由反并聯(lián)GTO構(gòu)成的6.6 MW的固態(tài)斷路器，平均工作電流為800 A，能在發(fā)生短路故障的300 μs的時間內(nèi)切斷故障[41]；1995年EPRI與西屋公司合作制造出的13.8 kV/675 A的固態(tài)FCL在PSE&G變電站投運。

在超導FCL工程應用方面，1998年ACECTransport和GEC-Alsthom開發(fā)了交直流兩用的混合式故障限流器，且已形成商業(yè)化[42]；1999年美國通用原子公司GA等6家公司的聯(lián)合研制的容量達15 kV/1 200 A的SFCL在Southern California Edison（SCE）中心變電站投運[43]。

國內(nèi)FCL的研究與應用起步較晚，但發(fā)展很快。由天津機電工業(yè)控股集團公司和北京云電英納超導電纜有限公司聯(lián)合研制的35 kV超導磁飽和型FCL，于2007年在云南省普吉變電站進行并網(wǎng)試運行，是當時世界上掛網(wǎng)試運行的電壓等級最高、容量最大的超導限流器[44]。在串聯(lián)諧振型FCL的工程應用方面，我國也做了一些初步探索。2009年底由中國電力科學研究院、中電普瑞公司、華東電網(wǎng)公司聯(lián)合研制了國內(nèi)首臺500 kV串聯(lián)諧振型故障限流裝置，在華東電網(wǎng)500 kV瓶窯站（瓶窯—杭北單回線）投運，能夠?qū)⒍搪伏c的總電流降低到47 kA以下[45]。

目前，在世界范圍內(nèi)，F(xiàn)CL的應用還局限于個別工程，但已經(jīng)日益受到關(guān)注。在研究提高FCL的容量、耐壓能力、材料改進、散熱能力、成本控制及拓撲優(yōu)化等方面，還有巨大的潛力。

3 故障限流器接入對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的影響

由于FCL在故障期間阻抗的快速投入，隨著FCL技術(shù)研究及應用的不斷深入表明，F(xiàn)CL在故障期間阻抗的快速投入，在有效限制故障電流的同時，也改變了電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，對系統(tǒng)的暫態(tài)、電壓穩(wěn)定性，繼電保護參數(shù)整定及重合閘都將產(chǎn)生一定影響，若控制不當，可能引起負面效應。同時多個FCL投入時，為達到最優(yōu)的限流效果需要進行協(xié)調(diào)控制和優(yōu)化配置。

3.1 對繼電保護、重合閘整定的影響

對于飽和鐵芯型超導FCL，受制于前述恢復超導時間過長的特性，故障恢復后SFCL短時間內(nèi)仍呈現(xiàn)較大阻抗，相關(guān)線路自動重合閘和繼電保護可能需要重新整定[46-47]。因此文獻[22]指出在發(fā)電機和主變支路處更適合安裝失超型SFCL，雖然需要重新整定機端保護裝置，但其故障后在失超恢復過程內(nèi)仍存在的高阻抗還可以起到制動電阻的作用，從而對暫態(tài)穩(wěn)定性有利。對于線路繼電保護的整定，文獻[48-52]提出了多種計及SFCL的線路距離保護整定方法，文獻[53]提出采用固態(tài)FCL的晶閘管觸發(fā)信號、旁路斷路器接點位置、FCL投切刀閘位置和GAP電路來控制零序電流保護定值切換解決FCL投入后零序電流保護靈敏性的問題。

3.2 對電網(wǎng)暫態(tài)功角穩(wěn)定的影響

雖然FCL基本上都遵循正常運行小阻抗，故障瞬間切換為高阻抗的基本原理，但由于其具體限流動作方式及結(jié)構(gòu)的不同，對電網(wǎng)的暫態(tài)功角穩(wěn)定的影響也不盡相同。

對于固態(tài)、超導故障限流器而言，其接入電力系統(tǒng)后，短路故障期間接入的高阻抗有助于提高故障時發(fā)電機的電磁功率輸出，進而增強系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定能力，且限流元件為電阻型比電抗型對電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性改善更好，這是因為前者在短路期間提供的等效阻尼電阻消耗了更多的發(fā)電機的電磁功率，但若限流電阻的阻值取值不當，則可能造成系統(tǒng)向發(fā)電機倒送有功以彌補其功率嚴重缺額的不良后果[48-54]。文獻[55]進一步分析了輸電線路不同位置發(fā)生故障時，超導限流器對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響，指出隨著故障位置遠離發(fā)電端，發(fā)電機電動勢與系統(tǒng)間的總轉(zhuǎn)移電抗逐漸減少，電感型SFCL對系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性的有利程度增加；而電阻型SFCL的阻值在大于某一門檻值后，也呈現(xiàn)出同樣的特性。

FCL對電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性影響也與其他多種因素有關(guān)。如短路位置、短路類型等因素將使FCL對暫穩(wěn)的影響發(fā)生較大變化。只有在安裝FCL的線路上發(fā)生短路故障后才會對系統(tǒng)功角穩(wěn)定性有影響，否則FCL只起到限制短路電流的作用[56]。當在線路首端發(fā)生不對稱短路故障時，F(xiàn)CL投入電抗有利于暫態(tài)穩(wěn)定，且隨著電抗值的增加有利程度在增大；當在線路末端發(fā)生不對稱短路故障時，如果快速切除故障線路，F(xiàn)CL投入電抗不利于暫態(tài)穩(wěn)定，但對于兩相接地短路和兩相短路隨著投入電抗值的增加不利程度會逐漸減小；對于在線路末端附近發(fā)生單相接地短路或兩相短路故障時，如果故障切除時間適當延長，F(xiàn)CL投入小的電抗將變得有利于暫態(tài)穩(wěn)定，且搖擺曲線幅值與快速切除故障時的相比明顯減小[57]。

3.3 對電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定的影響

短路故障不僅可能會產(chǎn)生很大的短路電流，同時伴隨著電壓跌落，嚴重影響電氣設(shè)備的正常運行，甚至造成巨大的經(jīng)濟損失。文獻[49]基于PSCAD對FCL對抑制電壓跌落的效果進行分析，指出在一定的范圍內(nèi)，F(xiàn)CL電感值越大，抑制電壓跌落的效果越好。改善系統(tǒng)故障電壓是故障限流器具有的一種本質(zhì)能力，而對于不同網(wǎng)架類型加裝FCL對暫態(tài)電壓穩(wěn)定的影響不同，在輻射狀饋線上加裝的故障限流器電抗若超過0.5 pu，故障期間電壓可維持在0.8 pu以上；如果故障點母線附近有本地電源或其他無功支撐，對FCL的依賴可大大降低[58]。

3.4 與傳統(tǒng)限流措施配合問題

FCL與傳統(tǒng)限流措施的協(xié)調(diào)優(yōu)化也是FCL實用化要解決的關(guān)鍵問題。文獻[59]提出一種電力系統(tǒng)限流措施的自動優(yōu)化配置方法，可以指導FCL與傳統(tǒng)限流措施協(xié)調(diào)配合。該方法采用0-1變量模擬各種限流措施的投運與否，采用普通整數(shù)變量模擬限流電抗器、FCL以及高阻抗變壓器的容量，形成一個混合整數(shù)規(guī)劃問題，并用分支定界法等求解。

3.5 優(yōu)化配置問題

當電網(wǎng)中安裝多個FCL時，如何統(tǒng)籌考慮安裝地點、數(shù)量及參數(shù)整定等因素以實現(xiàn)限流效果和經(jīng)濟性的優(yōu)化配置也是FCL研究的熱點。

當電網(wǎng)規(guī)模較小，支路較少時，可以通過枚舉法[60-61]、基于功率變化或損耗率[62]等方法對FCL進行優(yōu)化配置。然而當電網(wǎng)規(guī)模較大，存在多個節(jié)點的短路電流超標時，枚舉法的計算量大，且不能解決阻抗值、安裝臺數(shù)和安裝地點等多目標問題[63]。

為了解決該多目標優(yōu)化問題，可以將FCL的阻抗值和安裝臺數(shù)加權(quán)和作為目標函數(shù)進行優(yōu)化，并利用遺傳算法[64]或粒子群算法[65]進行求解。但這些算法均采用加權(quán)系數(shù)將多目標問題轉(zhuǎn)化為單目標問題，而優(yōu)化結(jié)果受加權(quán)系數(shù)的影響很大。鑒于此，文獻[66]提出了一種基于短路電流變化量的靈敏度計算方法，避免加權(quán)系數(shù)的影響，類似地，通過計算短路電流超標點自阻抗對支路阻抗參數(shù)的靈敏度也可獲取FCL安裝位置、數(shù)量及阻抗值的優(yōu)化配置[67]。

由于FCL的主要功能是限制短路電流，因此可以將限流效果設(shè)為優(yōu)化目標，通過FCL的啟動條件和邏輯判斷所選安裝線路是否能影響所有短路電流裕量不足節(jié)點[68]。另外，F(xiàn)CL的成本[63]和運行損耗[69]在實際優(yōu)化配置中也是不應忽略的因素。

4 故障限流器開發(fā)及應用發(fā)展趨勢

4.1 故障限流器技術(shù)研發(fā)趨勢

為了充分發(fā)揮各類FCL的優(yōu)勢，改善其固有缺陷，從而盡快地將其實用化，目前研究人員對FCL的改進方向提出了很多新的思路，將成為未來FCL技術(shù)研發(fā)的新趨勢。

目前與儲能相結(jié)合是超導FCL的熱門研究方向，其在故障期間吸收系統(tǒng)能量，在正常運行時將能量供給網(wǎng)側(cè)改善電能質(zhì)量，會取得事半功倍的效果[18-72]，其實現(xiàn)的關(guān)鍵在于功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)（power conditioning system）的設(shè)計[18]。

針對固態(tài)限流器中電力電子器件容量需求大、成本高、諧波豐富的缺點，文獻[33]提出了一種帶旁路電感的變壓器耦合三相橋式固態(tài)限流器的改進方案，克服了傳統(tǒng)固態(tài)限流器拓撲的缺陷。

一般的FCL無法動態(tài)調(diào)節(jié)限流程度，在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，也無法根據(jù)需要實現(xiàn)靈活的補償。文獻[73]提出一種具有動態(tài)串聯(lián)補償功能的FCL，正常時，通過投切不同的電容器組，按步長的方式來控制調(diào)整線路的補償度；故障時，則通過和旁路電感相串聯(lián)的可關(guān)斷晶閘管（GTO）或自關(guān)斷器件集成門級換流晶閘管（IGCT）[74]來控制其限流程度，實現(xiàn)了FCL的多用途化。需要指出的是，串聯(lián)補償度應合理選擇，否則可能會引起次同步振蕩[74]。

4.2 故障限流器應用趨勢

由于故障限流器不僅可以在系統(tǒng)短路期間限制短路電流，而且在合適的條件下也會改善系統(tǒng)功角和電壓穩(wěn)定性，從而大大拓展了故障限流器應用領(lǐng)域，如改善直流受端輸電能力，降低換相失敗風險，提高電能質(zhì)量，增強大規(guī)模新能源接入能力等，逐漸成為了故障限流器新的發(fā)展趨勢和研究熱點。

隨著多端直流系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應用，直流斷路器的開斷能力逐漸凸顯，成為限制多端直流系統(tǒng)進一步發(fā)展的重要因素。可以考慮采用將FCL應用于多端直流系統(tǒng)，這不僅具有明顯的限流作用，同時不會影響多端直流系統(tǒng)的正常運行[75]。

對于直流受端電網(wǎng)，短路故障不僅產(chǎn)生很大短路電流，往往也會引起直流換相失敗。如果存在多回直流受入，往往交直流耦合緊密，單一交流故障沖擊傳遞范圍廣，可能引起近區(qū)多回直流同時換相失敗，引起功率電壓大幅振蕩，極易引發(fā)連鎖故障?？稍诠收蟼鲗窂桨惭bFCL，將系統(tǒng)劃分為若干個相互間由FCL隔開的區(qū)域，阻隔故障在各區(qū)域電網(wǎng)之間的傳遞，從而有效縮短直流線路換相失敗的持續(xù)時間，加快直流功率恢復，緩解多回直流同時換相失敗引起的交流系統(tǒng)功率不平衡和潮流轉(zhuǎn)移問題，提升整個系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性[76]。

大容量異步電動機啟動電流高，在電壓支撐較弱的電網(wǎng)或電網(wǎng)故障恢復期間會造成電網(wǎng)電壓較大跌落或電壓恢復困難，并且在電網(wǎng)短路時也會向故障點提供短路電流，如將超導FCL與異步電動機定子回路串聯(lián)使用，相當于電動機進行降壓啟動，并在電網(wǎng)短路故障時有抑制向系統(tǒng)提供短路電流的作用，從而減緩系統(tǒng)電壓跌落，提高暫態(tài)電壓穩(wěn)定性[77]。

大規(guī)模新能源接入電力系統(tǒng)是電網(wǎng)未來發(fā)展的趨勢，但系統(tǒng)短路故障對風機的低電壓穿越能力帶來了極大考驗，且存在大規(guī)模脫網(wǎng)的風險，對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響不容忽視。已有研究表明，在風機并網(wǎng)點使用FCL可有效改善恒速異步風機的故障穿越能力[78-79]，減少其脫網(wǎng)風險。其中風機故障穿越能力的改善作用與限流阻抗密切相關(guān)，在相同故障持續(xù)時間下電阻型限流器保持風機穩(wěn)定所需阻抗要比電感型限流器小得多，但在臨界穩(wěn)定阻抗下，電感型比電阻型對故障穿越能力的提升效果要好[80]。

隨著FCL研發(fā)和工程應用技術(shù)日益成熟，F(xiàn)CL作為一種具有限制故障電流、提高暫態(tài)功角電壓穩(wěn)定性及阻隔故障傳遞等多功能快速響應設(shè)備，將在更多應用領(lǐng)域中得到應用。

5 結(jié)語

FCL不僅能夠?qū)崿F(xiàn)短路故障的有效限流，而且對電網(wǎng)功角、電壓穩(wěn)定性、繼保和重合閘參數(shù)整定等方面可能產(chǎn)生一定影響。多個FCL之間或與FACTS裝置進行優(yōu)化配置和協(xié)調(diào)控制預期將帶來顯著效果。未來FCL不僅可用于短路限流，在改善直流受端輸電能力，降低換相失敗風險，提高電能質(zhì)量，增強大規(guī)模新能源接入能力等領(lǐng)域也將大有可為。然而由于技術(shù)或經(jīng)濟原因，一些高電壓等級大容量FCL距實際規(guī)?；瘧眠€有一定距離。固態(tài)限流器受限于電力電子器件容量和耐壓能力，目前還只能應用于配電網(wǎng)。但隨著大功率自關(guān)斷電力電子器件的發(fā)展，技術(shù)瓶頸有望獲得突破，且其成本將大大降低。超導FCL具有響應速度快、自觸發(fā)等優(yōu)點，但仍存在維持超導狀態(tài)成本高、散熱困難、失超恢復時間長等困難，是其大規(guī)模實用化的一大障礙。從近期技術(shù)可能性和經(jīng)濟性考慮，基于常規(guī)電氣設(shè)備的經(jīng)濟型FCL是目前解決故障限流問題的首選。而基于電力電子技術(shù)的固態(tài)限流器技術(shù)門檻相對較低，技術(shù)相對成熟，將是FCL主流發(fā)展方向。

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Effects of Fault Current Limiter on the Safety and Stability of Power Grid and Its Application：A Research Review

Lü Yazhou1，CUI Xiaodan1，HU Yang1，LI Xi2，LI Wei1，LI Bijun1
（1.NARI Group Corporation（State Grid Electric Power Research Institute），Nanjing 211000，Jiangsu，China；2.School of Automation，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing 210094，Jiangsu，China）

In this paper，the basic principles，advantages and disadvantages，development and applications of different types of the fault current limiter（FCL）are described.Effects on safety and stability of power grid and optimization configuration are also expounded with the application of the FCL in aspects of relay protection，reclosure，transient power angle and voltage stability.In addition，several key problems of the FCL engineering application are summarized.The development trends of FCL research and application are also proposed.The paper points out that the FCL will play a unique role in fields such as improving the transmission capacity of DC receiving-side，reducing the risk of commutation failure，improving power quality，enhancing large-scale new energy integration capability and so on.Due to the limitation of technical and economic constraints，the economical FCL based on the normal electric equipment is still the first choice for application at present.However，with the increasing maturity of large-capacity and high-voltage self-turn-off power electronic devices，the solidstate current limiter based on power electronic technology will become a hot spot of research and application in the future.

fault current limiter （FCL）；short-circuit current；relay protection

1674-3814（2017）07-0025-10

TM712

A

國網(wǎng)公司科技項目（基于磁路控制的超高壓故障電流限制技術(shù)基礎(chǔ)理論及可行性研究）。

Project Supported by the Technology Research program of the SGCC：“Basic Theory and Feasibility Study on the Technology of Ultra-high Voltage Fault Current Limitation Based on Magnetic Circuit Control”

2016-06-28。

呂亞洲（1988—），男，碩士，工程師，研究方向為大電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析與控制；

崔曉丹（1981—），男，碩士，高級工程師，研究方向為大電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析與控制。

（編輯 馮露）