电力电子型FCL又称柔性化的短路电流限制器（Flexible Short Current Limit-er，FSCL），近几年来发展很快，已能用于中低压电网。其基本原理是利用半导体器件替代传统的开关设备来完成限流阻抗的快速切换，从而限制短路电流。随着近十多年来电力电子器件技术水平的提高，应用电力电子技术的故障限流器也得到很大发展，研制了大量实用样机，见表1-3。

表1-3 电力电子型故障限流器的实用样机研制

1.固态开关式故障限流器

图1-7为由美国EPRI（Electric Power Research Institute）提出的GTO（门极关断）晶闸管开关式故障限流器，主要由一组反并联的GTO晶闸管与限流电感L并联组成。另外，还有检测电流和控制触发脉冲的装置。在正常负荷条件下，GTO晶闸管处于完全导通状态，将限流电感短接；一旦发生短路故障，在短路电流达到第一个峰值前GTO晶闸管将迅速断开，使电感L串入短路回路中从而限制短路电流。

图1-7 GTO晶闸管开关式故障限流器

这种故障限流器使用较为昂贵的GTO晶闸管，而且要求保护电路具有极快的响应速度，成本较高；同时，由于GTO晶闸管要快速截断远大于额定值的短路电流，并使之转移到限流电感L中，GTO晶闸管快速截断会引起过大的di/dt及dv/dt，将产生瞬间过电压及附加振荡，为避免危及系统绝缘与安全，必须采取有效措施对过电压及附加振荡进行抑制。

2.桥式故障限流器

基于电力电子的桥式故障限流拓扑如图1-8所示，正常工况下VT₁、VT₂控制电流i在正负半波正常流通，调节直流电源使电流i_L>i，正常工作时装置几乎呈现零阻抗。当负载侧发生短路，电流i增至i_L值时，电感L立即自动串入回路限制短路电流。关断时只要封锁一组晶闸管的门控脉冲，电流过零时即可自动关断，而电感电流经另一组晶闸管续流，不会产生过电压。基于电力电子的桥式故障限流器在正常运行时基本不产生附加压降，发生短路故障时限流阻抗自动插入，不需要保护电路响应，且断开时不会产生瞬态振荡过电压，可以实现无冲击的软自动重合闸。但由于基于电力电子的桥式故障限流器需要大量功率器件串、并联以满足功率和耐压要求，因此成本高昂。

图1-8 单相桥式故障限流器

3.谐振式故障限流器

谐振式故障限流器有串联谐振式和并联谐振式两种，分别利用串联谐振电路阻抗为零、并联谐振电路导纳为零的特点设计。串联谐振式故障限流器拓扑如图1-9a所示，正常运行时，L与C发生串联谐振，阻抗为零。短路故障发生后，晶闸管VT导通，L串入限制短路电流。并联谐振式限流器拓扑如图1-9b所示，系统稳态时，电容C起串联补偿作用，故障发生时晶闸管VT触发导通，L与C发生并联谐振，限制故障电流。这两种限流器都需要快速触发的电子开关（如晶闸管VT）以使其等效阻抗迅速从低阻抗转换至高阻抗。

图1-9 谐振式故障限流器(www.daowen.com)

4.具有可控串联补偿的故障限流器

如图1-10所示，该限流器由一个固定电容器C₀、多路开关控制的电容器组、旁路电感L₁、串联电感L₂、GTO晶闸管和ZnO避雷器组成。控制电容器组的开关采用晶闸管固态开关。稳态时GTO晶闸管截止，根据线路补偿的需要投切不同组数的电容器，可实现可控串联补偿功能。故障时触发GTO晶闸管导通，旁路电感L₁接入，限流装置表现为较大电抗而限流。改变GTO晶闸管的导通角σ可以改变限流比。

图1-10 具有可控串联补偿的故障限流器

图1-11 混合式故障限流器

5.混合式故障限流器

由固态开关和机械断路器构成的混合式限流器如图1-11所示。在图1-11a所示的限流器拓扑中，系统正常运行时电流流经高速真空开关，当检测到短路故障时机械式开关触头在电磁力作用下迅速打开，且GTO晶闸管导通，短路电流在电弧电压的作用下换流到GTO晶闸管内，当故障电流完全换流到GTO晶闸管内时，由GTO晶闸管切断短路电流，关断过程所产生的电压尖峰被并联的金属氧化物变阻器和GTO晶闸管的RC缓冲电路吸收。图1-11b为交直流两用的混合式限流器，电力系统正常运行时由机械开关K₁闭合而流过负载电流，发生短路故障时利用预充电电容内存储的能量给K₁注入反向电流，达到限流和切断短路故障的目的。

6.无损耗电阻器式故障限流器

华东冶金学院于1994年提出一种无损耗电阻限流拓扑，如图1-12所示。该限流器由4个IGBT（绝缘栅双极型晶体管）和4个续流二极管器件组成，其电阻值由电感或电容模拟而成。通过PWM技术控制IGBT开关频率来调节该桥路的“等效电阻”，工作过程中不会产生功率损耗和焦耳热量，当发生故障时可迅速有效地控制短路电流的峰值和稳态值。为在短路时呈现高阻抗，其调制频率将非常高，故装置开关损耗大，并会产生一定的谐波电流。

7.小结

电力电子型故障限流器具有动作重复性好、满足线路多次重合闸要求等特点，但在高电压等级电网中应用时，都需由大容量半导体器件串、并联而成，不仅造价昂贵，而且同步触发和保护技术要求高。再者，稳态功耗和发热厉害，需要采用强迫水冷却，其实用性受到一定限制，但随着大功率电力电子器件的技术进步，将会获得进一步发展。

图1-12 无损耗电阻器式故障限流器