基于磁饱和开关型故障限流器的限流系统设计及实验研究

摘要

近年来，电力系统的规模和结构一直在稳定高速地发展；与此同时，电网的短路电流水平也在持续增长，严重威胁着系统运行过程的稳定性和可靠性。故障限流器作为一种可以有效限制电网短路电流的装置，具有响应速度快、与重合闸配合容易的优点，成为了当前电力系统研究的热点方向。本文在磁饱和开关型故障限流器已有的研究基础上，进一步的深入研究了其关键技术，主要内容如下： 本文对磁饱和开关型故障限流器的原理进行了详细的阐述，在此基础上提出了一种磁饱和开关型故障限流器的拓扑模型，并在JMAG中建立了对应的电磁仿真模型，对设计的限流器模型进行了电磁暂态仿真，结果达到了短路电流限制的设定目标，为限流器样机的研制提供了理论基础。 磁饱和开关型故障限流器的控制回路依赖于监控系统对短路电流的判断，因此使用快速和可靠的短路故障检测算法是提高限流器性能的关键环节。本文详细介绍了传统的基于工频信号的故障检测算法和基于行波信号的小波变换检测算法，并对这几种算法的原理和优缺点进行了分析。在此基础上提出了一种基于立方体判据的复合故障检测算法，并在Matlab上对算法进行了仿真实验，达到了预期的效果。在仿真的基础上，本文以DSP28335为硬件实验平台进行了硬件实验，实验结果进一步验证了算法的可靠性和实时性。 本文最后在理论研究的基础上，研制出了10kV/200kVA的样机，并以NI PXIe-5170R高性能数据采集板卡为硬件平台设计了故障检测系统，对样机进行了10kV的短路模拟试验。实验模拟了限流器在电力系统发生各种短路故障环境下进行限流的过程；实验结果在响应时间和限流能力上均达到了预期的效果，一方面验证了设计的磁饱和开关型限流器模型具备良好的限流能力，另一方面也验证了复合故障检测算法故障识别能力，能够在限流过程中提供可靠的保护启动信号。

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