張 鳳，吳 江，唐莎莎，黃望春子，鄭 勇

（重慶涪陵電力實業(yè)股份有限公司，重慶 408000）

隨著電力電子技術的發(fā)展，直流配電網(wǎng)的控制更加靈活[1-3]。在含有分布式電源、電動汽車等應用場景中，雖然直流配電網(wǎng)可有效提高其電能輸送效率，但由于其“低慣性、低阻抗”的特點，電網(wǎng)系統(tǒng)韌性強度不足，在應對直流故障時會產(chǎn)生較大故障電流，對電網(wǎng)安全運行構成嚴重威脅。因此，直流配電網(wǎng)故障電流的抑制成為近年來的研究熱點。

當直流配網(wǎng)出現(xiàn)短路故障時，其交流系統(tǒng)側與換流站出口電容均可視為故障點的放電電源。若換流站內部全控型晶體管因自保護而閉鎖，交流系統(tǒng)將直接向故障點放電，故障電流將被進一步變大，且因沒有過零點而使直流斷路器難以被開斷[4-5]。雖然現(xiàn)有混合型直流斷路器能夠開斷極間短路的故障電流[6-7]，但需要考慮斷路器的故障響應時間和斷路器的工程運用成本，并且混合型直流斷路器通過機械開關開斷故障線路時，要求其內部具有較高的絕緣強度，因此無法保證斷路器設備的速動性[8-9]。文獻[10]提出一種通過使用電力電子器件和機械開關相配合的固態(tài)斷路器，在一定程度上提高了該斷路器的故障響應速度，但該裝置的運行成本明顯提升；文獻[11]提出級聯(lián)全橋斷路器控制策略，通過轉移支路降低故障電流，減小了通態(tài)損耗，但因其所含電力電子器件較多，增加了設備的固有成本且影響其使用壽命。因此，探索一種可提升直流斷路器開斷能力的安全有效、低運行成本的方法則具有重要意義[12-14]。

近年來直流故障限流器作為抑制直流系統(tǒng)故障電流的有效手段，得到廣泛應用。根據(jù)限流策略的不同，可將直流故障限流器分為兩大類：超導限流器和固態(tài)限流器[15-17]。文獻[18]分別介紹了電阻型、飽和鐵心型、磁屏蔽性和電橋型超導限流器的技術原理；文獻[19]研究了飽和鐵芯型超導限流器的適用場景，通過與傳統(tǒng)超導限流器比較，驗證該限流器在直流配電網(wǎng)故障情況下的限流效果，但現(xiàn)有的超導材料運行成本較高，且故障切除后需要較大容量的液氮冷卻系統(tǒng)；文獻[20]提出一種自旁路限流器，通過負載轉換開關和超快速機械開關可將故障電流回路切換到限流支路上；文獻[21]基于橫向H橋電路，提出一種新型電容換相混合式直流限流器，通過電容充放電控制橋臂的導通和關斷。但上述限流器主要由電力電子器件組成，其通態(tài)損耗較高。同時，電力電子器件的大規(guī)模應用，使得限流器故障率明顯提升。

為有效抑制故障電流，簡化限流器拓撲結構，本文提出一種適用于直流配電網(wǎng)的新型柔性限流器FFCL（flexible fault current limiter）。故障時，該限流器通過橋型電路自然切換，將其串入直流線路，為故障回路提供可變鉗位電壓，抬升AC/DC換流站出口母線及放電電容電壓，進而實現(xiàn)對故障電流的有效抑制。為解決該柔性限流器因電感飽和而失效的問題，引入帶有受控源的閉環(huán)鐵芯，延長其有效作用時間。通過Matlab/Simulink仿真平臺，驗證柔性限流器的可行性和有效性。

1 短路故障特征

直流配電系統(tǒng)的短路故障可分為單極接地故障和極間短路故障，圖1給出2種類型故障電流的流通路徑。圖中，①表示單極接地故障電流路徑，②表示極間短路故障電流路徑。直流配電網(wǎng)雙極運行，其直流側電壓可表示為

圖1 故障電流流通回路Fig.1 Flowing circuit of fault current

式中：Udc為直流側電壓；為直流側正極電壓；為直流側負極電壓。

1.1 單極接地故障

以正極接地故障為例，單極接地故障系統(tǒng)輸出暫態(tài)特性曲線[22]如圖2所示。

圖2 單極接地故障特性Fig.2 Characteristics under single-pole grounding fault

故障期間，故障極的電壓快速跌落至0，正常極的電壓抬升至額定電壓的2倍。根據(jù)式（1）可知，故障前后直流側兩極壓差與故障電流變化較小。然而，正常極承受較大的過電壓，一旦其絕緣被擊穿，直流側的正、負極將通過大地形成極間短路故障，其復雜程度和影響范圍將大大增加。

1.2 極間短路故障

極間短路故障可分為3個階段：電容放電階段、二極管依次導通階段和交流側饋入階段[4]，各階段的暫態(tài)特性如圖3所示，各階段的放電回路如圖4所示。正常運行時換流站出口電容電壓略高于交流電源側額定電壓，故第1階段僅換流站的出口電容放電，且其放電回路如圖4（a）所示。出口電容電壓隨放電深度增加而降低，當其電壓達到380 V，與交流側電壓幅值相等時，極間短路故障發(fā)展到第2階段，交流電源開始向故障點放電，其放電回路如圖4（b）所示。當直流側電壓持續(xù)降低，最終到達過零振蕩區(qū)間，所有二極管均正向導通，交流電源直接饋入故障點。此時對于交流側來說，可等效視為三相短路，對電網(wǎng)系統(tǒng)危害較大。且第3階段交流側與直流側的等效電路如圖4（c）所示。圖4中，R和L為直流線路電阻和電感，Rs和Ls交流線路電阻和電感。

圖3 極間短路故障特性Fig.3 Characteristics under pole-to-pole short-circuit fault

圖4 極間短路故障的3個階段Fig.4 Three stages of pole-to-pole short-circuit fault

由圖3可知，電容放電階段的故障回路能夠等效為二階電路，換流站出口電容的放電電壓可表示為

式中：U0和I0為直流電壓和電流的初值；φ為出口電容放電初相位；Uc為換流站出口放電電容電壓；α為衰減系數(shù)，α=R/(2L)；ω為角頻率，ω=。直流側故障電流可表示為

式中：if為直流側故障電流；φ-θ為故障電流的初相位；A為中間變量?？梢钥闯?，直流側故障壓降的大小決定了故障電流的幅值，通過控制故障壓降能夠實現(xiàn)故障電流的抑制。因篇幅限制，第2、3階段的輸出暫態(tài)特性[4]將不再贅述。

2 柔性限流器

2.1 橋型電路結構

柔性限流器經(jīng)橋型電路串接于直流線路，且在故障下接入。其中，橋型電路的拓撲結構如圖5所示。

圖5 橋型電路拓撲Fig.5 Topology of bridge circuit

當系統(tǒng)正常運行時，Idc＞0，因正向直流偏置電源作用，此時流過二極管D1、D4的電流為(Ib+Idc)/2＞0，流過二極管 D2、D3的電流為(Ib-Idc)/2＞0，因此4個二極管均正向導通，限流器被旁路。當直流配電網(wǎng)出現(xiàn)極間短路故障時，線路電流 Idc增大，此時二極管D2、D3上的電流為(Ib-Idc)/2＜0，所以此時只有二極管D1、D4導通，中間支路的柔性限流器串入直流線路，從而抑制故障電流。然而，根據(jù)圖2，單極接地故障時直流側電流變化較小，可能導致橋型電路的作用失效，為保證限流器在單極接地故障的情況下有效作用，因此將直流偏置電源同全控型晶體管并聯(lián)如圖5所示。單極接地故障情況下，晶體管G1信號控制導通，將直流偏置電源短路，二極管D2、D3反向阻斷，僅D1、D4正向導通，柔性限流器接入直流線路，抬升故障極的電壓，降低正、負極電壓的不平衡率。

2.2 整流器的數(shù)學模型

柔性限流器由限流電感與整流器構成，其中整流器拓撲結構如圖6所示。圖中ea、eb、ec和ia、ib、ic分別為交流側三相電壓和三相電流。

圖6 整流器拓撲Fig.6 Topology of rectifier

2.3 控制策略分析

由于直流配電網(wǎng)換流站工作在整流狀態(tài)，柔性限流器中的限流電感受整流器控制，因此二者均采用雙閉環(huán)控制模式。根據(jù)式（4），兩者整流器直流側的暫態(tài)方程均可表示為

在換流站中，直流側電壓Udc作為換流站的控制目標，則其傳遞函數(shù)為

式中：K為放大增益；Kvf為反饋系數(shù)，Udc_set和id1分別為兩個控制系統(tǒng)的輸入量和擾動量；G1、G2、G3和G4為PI控制器的傳遞函數(shù)。

柔性限流器中，整流器給限流電感提供線性上升的電流，電感的鉗位電壓被控制在穩(wěn)定的數(shù)值。鉗位電壓Ul被作為該整流器的控制目標，其傳遞函數(shù)為

式中，Uset和iq2分別為兩個控制系統(tǒng)的輸入量和擾動量。則G1、G2、G3和G4表示為

式中，KPi和KIi分別為PI控制器的比例系數(shù)和微分系數(shù)。根據(jù)式（6）和式（7），整流器的控制框圖如圖7所示。

圖7 雙閉環(huán)控制框圖Fig.7 Control block diagram of double closed-loop

圖中，柔性限流器中整流器的工作狀態(tài)可依據(jù)不同的故障類型進行調整。各類型故障的判斷如下：若直流側電壓滿足Udc≤0.8Udcn（Udcn為直流系統(tǒng)的額定電壓），則直流系統(tǒng)的故障可以被定義為極間短路故障；若直流側電壓滿足

式中，m1、m2和m3為系統(tǒng)輸入的控制系數(shù)，mi=0～1（i=1，2，3）。

根據(jù)式（10），故障回路的放電壓降ΔU=Udcn-m1Udcn。在極間短路故障情況下，當m1取較小數(shù)值時，放電電容壓降超過直流配電系統(tǒng)的可承受范圍，故在此選擇m1≥0.5；當單極接地故障時，系統(tǒng)正負極電壓失衡，故障危害相對較小，為保證此時系統(tǒng)平穩(wěn)運行，延長可供故障檢測時間，選定m2=m3≥0.6。故mi的選取區(qū)間為

通過改變控制系數(shù)mi，能夠靈活改變限流電感提供的鉗位電壓，進而控制放電電容壓降，最終實現(xiàn)故障電流抑制。

系統(tǒng)的整體框架如圖8所示，其中的（A）、（B）、（C）部分的電路給出了不同故障的判斷過程。系統(tǒng)控制流程如圖9所示。圖8（A）部分中設定了正、負極接地故障的控制系統(tǒng)輸入值分別為根據(jù)圖9監(jiān)測直流系統(tǒng)電壓，判斷系統(tǒng)是否發(fā)生故障以及其故障類型，再依據(jù)故障類型設定控制系統(tǒng)輸入值。若正極電壓或負極電壓數(shù)值低于0.8倍的額定值時，則可認為系統(tǒng)出現(xiàn)單極接地故障，將Uset=Uset1作為圖8（B）部分中的電壓控制參考值，并控制開關G1導通；依據(jù)圖9判定流程，若直流電壓不滿足單極接地故障條件，則將Uset=Uset2作為圖8（B）部分中的電壓控制參考值；若系統(tǒng)正常運行，柔性限流器不接入系統(tǒng)，同時保持直流系統(tǒng)電壓的監(jiān)測，將Uset=0作為圖8（C）部分中的電壓控制參考值。

圖8 系統(tǒng)的整體框架Fig.8 Overall framework of system

圖9 控制流程Fig.9 Control flow chart

通過圖8和圖9的控制模式，可實現(xiàn)柔性限流器中整流裝置為限流電感提供線性上升電流以保證其等效鉗位電壓穩(wěn)定，但實際工程中限流電感存在磁飽和問題，原線性上升電流斜率無法維持，亦導致限流器失效。因此，在柔性限流器作用期間，需考慮其限流電感的磁飽和問題。

3 鐵芯補償作用

圖10給出限流電感磁飽和時電感電流和電感電壓的變化曲線[23]。閉環(huán)鐵芯能夠有效消除電感磁飽和，其結構如圖11所示，圖中N1繞組為限流電感，N2繞組為控制側電感。限流電感磁飽和具體表現(xiàn)為N1繞組電感感應磁通在閉環(huán)鐵芯磁回路中達到飽和。此時，N2繞組電感可產(chǎn)生反向磁通用于抑制一次側磁通增加，進而解決限流電感磁飽和問題。其中，N2繞組所感應的逆磁通由受控電壓源kI1，并且逆磁通的大小可通過kI1靈活調節(jié)。其中，I1為受控電壓源控制量，k為控制系數(shù)。

圖10 電感飽和特性Fig.10 Saturation characteristics of inductance

圖11 鐵芯磁路Fig.11 Magnetic circuit of iron core

鐵芯基本方程可表示為

式中：φ1為單匝線圈的磁通；ψ1為總磁通；e1為一次側電壓。閉環(huán)鐵芯去飽和效果如圖12所示。

圖12 補償后的電感特性Fig.12 Inductance characteristics after compensation

從圖12可以看出，N1繞組的電壓、電流有3個階段性特征。

階段1（0～t1）：該階段系統(tǒng)正常運行，直流線路無故障。N1繞組限流電感因橋型電路旁路作用，使其電壓、電流均為0。

階段2（t1～t2）：整流器給N1繞組限流電感提供線性上升的電流，保證其在故障期間電壓能夠被鉗位在設定值。

階段3（t2～1.2 s）：在 t2時刻，因 N2繞組通過鐵芯向N1繞組提供逆磁通消除其磁飽和，限流電感鉗位持續(xù)維持。根據(jù)式（12），限流電感電壓為

其中，若e1保持不變，且N1繞組的匝數(shù)為定值，故需L1與I1的乘積呈線性。當受控電壓源作用，電感L1自適應變化，進而保證e1不變。

限流電感等效表達式為

式中，N1、N2、S2、l和μ分別為一次繞組匝數(shù)、二次繞組匝數(shù)、二次繞組橫截面積、磁路長度和鐵芯磁導率。N、S和l都為電感線圈的固有屬性，僅鐵芯磁導率μ可變。因此，根據(jù)式（14）可知，N2繞組受控電源作用時，僅鐵芯磁導率發(fā)生變化，保證限流電感處于不飽和狀態(tài)。圖13為磁感應強度B-H、鐵芯材料磁導率μ變化曲線。

圖13 B-H和μ-H曲線Fig.13 B-H and μ-H curves

電感原始的磁感應強度和磁導率如圖13中曲線a所示。磁感應強度上升到一定數(shù)值時，因磁通飽和而不再上升，同時電感的磁導率變得非常低，電感達到飽和。受控電壓源動作后，磁感應強度和磁導率如圖13中曲線b所示。電感的飽和狀態(tài)被消除，鐵芯的磁導率上升。在受控電壓源的作用下，閉環(huán)鐵芯有自適應的調整能力。若故障過程較長，每次電感即將飽和時，N2繞組的逆磁通都將增加，B-H曲線和磁導率的關系如圖14所示。

圖14 B-H曲線的自適應變化Fig.14 Adaptive adjustment of B-H curve

4 限流器的動作特性

4.1 限流動作流程

柔性限流器能夠消除單極接地故障正負極電壓的不平衡，也能降低極間短路故障的故障電流幅值。其操作過程可以分為4個階段，分別為：正常運行階段、故障限流階段、鐵芯飽和消除階段以及恢復階段。

階段1：系統(tǒng)正常運行時，如圖15（a）所示，橋型電路的4個二極管均導通，柔性限流器被旁路，不影響直流配電系統(tǒng)的運行，且整流器和閉環(huán)鐵芯此時均處于備用狀態(tài)。

階段2：該階段表征直流配電網(wǎng)單極與極間故障時限流器的動作過程。故障期間，橋型電路只有二極管D1、D4導通，故障電流流經(jīng)中間橋臂。單極接地故障中，以正極接地故障為例，其故障回路如圖15（b）中的①所示，限流電感在該階段開始發(fā)揮作用，但未達到飽和狀態(tài)，故受控電壓源無需動作。限流電感電壓為UL，且UL=m2U+dcn，正極電壓上升至UL，且負極電壓降低，消除單極接地故障時正負極電壓的不平衡。極間短路的故障回路如圖15（b）中的②所示，此時限流電感電壓UL=m1Udcn，在故障回路中提供了一個大小可變的鉗位電壓，進而能夠控制換流站出口放電電容的電壓。

階段3：限流電感達到飽和狀態(tài)，則需要通過受控電壓源向鐵芯提供逆磁通來延長限流電感有效作用時間。受控電流源裝設位置如圖15（c）所示。

階段4：故障消失或者被清除時，橋型電路上的4個二極管恢復導通，限流器再次被旁路。同時，限流電感上的能量通過整流器向電網(wǎng)釋放。此階段主要由主回路與能量釋放回路構成，如圖15（d）所示。在主回路中，直流配電網(wǎng)的電壓和電流恢復至額定值。在放電回路中，柔性限流器中的換流器轉變?yōu)槟孀儬顟B(tài)，電感能量通過逆變器流回電網(wǎng)，降低限流器的損耗。

圖15 柔性限流器的動作過程Fig.15 Action process of FFCL

4.2 限流電感定值分析

在設計傳統(tǒng)限流器時，需要考慮以下3個問題：

（1）為配合直流斷路器開斷故障電流，故障電流的最大值應小于斷路器的開斷電流；

（2）為保證斷路器的安全運行，直流側電流的變化率應小于斷路器的最大變化率；

（3）為保護換流站的二極管，直流故障的檢測時間與故障清楚時間之和應小于直流側電容的放電時間。

因此，故障電流與斷路器的約束條件為

式中：ICBmax為斷路器的開斷電流；tFDT為故障檢測時間；tCB為故障開斷時間；tCDT為電容放電時間。因柔性限流器的作用，各故障類型下直流側、正極與負極的電壓分別為

制備選擇性、靈敏度更優(yōu)良的敏感材料和穩(wěn)定性更高的離子—電子傳導材料仍將是全固態(tài)電位傳感器研究的重點。開發(fā)一次性的、微型化、陣列式、可穿戴、自校準、無前處理的全固態(tài)電位傳感器是未來全固態(tài)電位傳技術研究的主流趨勢。全固態(tài)電位傳感器將會在環(huán)境現(xiàn)場檢測、食品質量快速檢測、農(nóng)藥殘留快速檢測、疾病自診斷、無創(chuàng)傷檢測等許多領域得到廣泛應用。隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能時代的到來，全固態(tài)電位傳感器作為數(shù)字智能的最前端傳感設備，其重要性將會越來越顯現(xiàn)出來，其技術也定將會有一個大的發(fā)展。

在單極接地故障電流波動較小且極間短路故障情況下，直流側故障電流以及故障電流的變換率均能夠被限制在較低的數(shù)值。因此，本文所提限流器不受傳統(tǒng)的約束條件限制。能量的損耗在限流電感的選擇中，也被作為一個重要的指標。故障期間，整流器給限流電感L1充電，且電感電流I1以固定斜率上升。假設故障出現(xiàn)時間為T1，故障切除時間為T2，限流電感飽和的時間為T3,則電感儲存的能量可表示為

式中，Is為限流電感的飽和電流。當故障切除時間大于限流電感的飽和時間，利用受控電壓源消除電感飽和。由前文可知，限流電感線性增加，電感電流為定值，因此，根據(jù)積分等效原理，電感能量表達式修改為

綜上，流過電感的最大電流不能超過飽和電流，且電感的最大儲存能量WS應小于等于W1，即

故電感的選擇范圍為

5 仿真案例驗證

為驗證柔性限流器的有效性，本文建立傳統(tǒng)雙極運行的直流配電網(wǎng)，限流器的安裝位置以及故障的發(fā)生位置如圖16所示。通過軟件仿真平臺，分別模擬單極接地故障(f1p)、(f1n)和極間短路故障(f2)，并分析故障情況下柔性限流器的作用效果。

圖16 直流配電網(wǎng)絡Fig.16 DC distribution network

直流配電網(wǎng)對應的各項參數(shù)如表1所示。

表1 直流配電網(wǎng)參數(shù)Tab.1 Parameters of DC distribution network

5.1 橋型電路電流

圖17 橋型電路二極管D2、D3的電流Fig.17 Current of diodesD2andD3in bridge circuit

5.2 單極接地故障

根據(jù)式（1），單極接地故障期間，直流系統(tǒng)的電壓前后變化較小，但正負極電壓會出現(xiàn)不平衡的情況。假設單極接地故障在T=0.16 s時出現(xiàn)，其裝配柔性限流器后的故障特性如圖18所示。

圖18 單極接地故障的限流效果Fig.18 Current limiting effect of single-pole grounding fault

從圖18可以看出，限流器作用后，正極、負極接地故障均能被柔性限流器有效隔，并且限流器鉗位電壓越接近額定電壓，直流側電壓越穩(wěn)定。若故障極的電壓能夠被鉗位在額定值，故障點被完全隔離，系統(tǒng)運行于正常狀態(tài)。然而，為保證單極接地故障的快速檢測與識別，柔性限流器中限流電感鉗位電壓與直流電壓額定值間依舊留有一定裕度。

5.3 極間短路故障

極間短路故障電流的上升快，造成的危害較大。且當直流系統(tǒng)電壓過零時，換流站的所有二極管均正向導通，交流系統(tǒng)電源直接給故障點供電，對交流系統(tǒng)來說可等效視為三相短路故障。限流器作用后的極間短路故障特性如圖19所示，柔性限流器通過抬高直流系統(tǒng)電壓，使得極間短路故障情況下，直流側電壓未過零點，進而防止了故障發(fā)展至第3階段。同時，因出口放電電容的壓降減小，故障電流也可被有效抑制，交流測的故障電流幅值也相應減小。

圖19 限流器作用后的極間短路故障特性Fig.19 Characteristics under pole-to-pole short-circuit fault with fault current limiter

限流器動作后，直流側電壓被鉗位在Ul，此時極間短路故障僅兩個階段。通過調節(jié)m1，直流系統(tǒng)的電壓、電流可被柔性限流器靈活控制，將限流電感鉗位電壓分別設定為500、600和700 V，其對應的限流效果如圖20所示。

圖20 柔性限流器的限流特性Fig.20 Current limiting characteristics of FFCL

通過減小出口放電電容壓降，故障電流能夠被有效抑制。故障發(fā)生后，可根據(jù)系統(tǒng)的相關要求設定不同的鉗位電壓。故障消失時，系統(tǒng)的電壓、電流能夠平穩(wěn)恢復。

圖21給出極間故障期間，連續(xù)調節(jié)m1時對故障電壓、電流實現(xiàn)連續(xù)調整的特征波形。在該過程中，若系統(tǒng)電壓監(jiān)測裝置檢測到故障電壓的幅值依舊低于相應閾值，將在控制系統(tǒng)中自動調整m1的數(shù)值，提高直流側故障電壓，減小了出口放電電容的壓降，最終降低故障電流的幅值，進一步驗證了限流器的柔性調節(jié)能力。同時，本文所提柔性限流器具備較好的故障隔離能力。若發(fā)生極間短路故障，將限流電感鉗位電壓提高至直流電壓額定值，則故障情況下，直流側電壓可被控制在額定值，根據(jù)式（10），m1=1時其電壓、電流波形如圖22所示。故障點被有效隔離，非故障部分能夠正常運行，因限流器的隔離作用故障點下游的負荷被切除，負荷減小，此時的直流電流較原正常運行狀態(tài)下更低，且故障切除后，電流仍可平穩(wěn)恢復。

圖21 電壓、電流的連續(xù)調整Fig.21 Continuous adjustment of voltage and current

圖22 m1=1時的電壓、電流波形Fig.22 Waveforms of voltage and current whenm1=1

根據(jù)圖10，若沒有閉環(huán)鐵芯的去飽和作用，飽和的限流電感無法提供鉗位電壓。為驗證閉環(huán)鐵芯的有效性，對比分析了有、無鐵芯情況下的故障特性。閉環(huán)鐵芯作用效果分析如圖23所示，無閉環(huán)鐵芯的限流電感在一定時間內能夠將直流側電壓維持在穩(wěn)定且較安全的數(shù)值，但電感飽和后沒有對應的處理措施，直流側電壓突降且因一定慣性而過零，故障電流迅速增加，給直流系統(tǒng)帶來較大的沖擊。

圖23 閉環(huán)鐵芯作用效果分析Fig.23 Effective analysis of closed-loop iron core

5.4 限流電感電流的恢復

限流電感串聯(lián)在直流線路中，其各階段的電流特征如圖24所示。

圖24 限流電感的電流Fig.24 Current of current-limiting inductor

限流電感的充放電過程可以被分為3個階段：

（1）在第1階段，因為限流回路的旁路作用，限流電感的電流很小，同時其斜率幾乎為0，故此時電感能量為0。

（2）短路故障發(fā)生在第2階段，在單極接地和極間短路故障時，限流電感電流上升斜率穩(wěn)定，將提供穩(wěn)定的鉗位電壓。

（3）當故障消失之后，限流電感上的能量通過逆變器向電網(wǎng)釋放。最后，電流電感電流降為0，并恢復至初始狀態(tài)。從圖24可以看出，第2階段限流電感儲存的能量和第3階段釋放的能量近似相等，儲存能量和釋放能量分別用S1、S2表示，其關系可表示為S1≈S2。

6 結論

直流配電網(wǎng)具有“低慣性，低阻抗”的特點，因此其短路故障發(fā)展迅速，危害程度較高，給直流系統(tǒng)的保護帶來巨大的挑戰(zhàn)。本文通過理論、仿真驗證所提柔性直流限流器在處理直流系統(tǒng)短路故障時的正確性與有效性，并將其優(yōu)點歸納如下。

（1）柔性限流器能夠抑制極間短路故障的故障電流，還可完全消除單極接地故障時正負極電壓的不平衡。

（2）在有效限流的基礎上，通過本文所提限流器鉗位電壓的靈活調整，實現(xiàn)了故障區(qū)域與非故障區(qū)域的完全隔離，并在后續(xù)與直流斷路器配合的研究中提供新的思路。

（3）柔性限流器動作期間，限流電感從交流系統(tǒng)采電并儲存能量，故障切除后，儲存的能量通過逆變回路流回電網(wǎng)，減小了能量的損耗。