永磁偏置型故障限流器的磁建模与经济性研究

摘要

随着电力系统容量和规模的不断增长，电网的短路电流水平也日益增大，限制短路电流已成为电网发展中一个紧迫而亟待解决的问题。随着磁性材料和磁路拓扑研究的不断发展，基于永磁偏置饱和原理的故障限流器(Permanent-Magnet-BiasedSaturationbasedFaultCurrentLimiter,PMFCL)因具有结构简单、可靠性高、无需外加控制而实现自动投切、技术经济性能好等突出优点，是目前正在研究的故障限流技术热点之一，在高压电力系统中具有广阔的应用前景。
　　 本文选取直线式PMFCL拓扑结构，针对其中的关键性技术问题开展了相关的理论探索与技术创新研究，旨在进一步发展应用于高压电网中的大容量化永磁偏置故障限流技术。研究内容包括以下几个方面:直线式PMFCL中的永磁体稳定性实验研究;直线式PMFCL磁路建模方法与实验验证;大容量PMFCL的经济性研究。
　　 永磁体磁性能的稳定性在PMFCL的限流机理中起着重要作用，本文从时间、温度和外磁场作用三个方面对直线式PMFCL中的钕铁硼永磁体开展了稳定性实验研究，分别以退磁率、可逆温度系数等参数予以表征，并模拟了220kV变电站的外磁场环境，为钕铁硼永磁体在PMFCL中的工程应用提供了实验依据。
　　 基于磁场分析，研究了直线式PMFCL在两个阶段的限流机理。在运用磁场分割原理、曲线拟合方法计算PMFCL漏磁阻的基础上，建立了考虑漏磁效应的直线式PMFCL的等效磁路模型，并在MATLAB/SIMULINK环境中进行了仿真，同时开展了实验研究，验证了等效建模方法的有效性。所做工作为PMFCL拓扑结构参数的设计与优化提供了理论依据。
　　 对于220kV以上的高压电网，限流器的经济性比技术性更加主导其应用价值。本文基于总拥有费用法分别建立了PMFCL的有效材料成本模型与运行成本模型，将PMFCL的经济性分析模型转化为含有电感和、电感比、饱和深度比等电磁参数的分析模型。该研究为大容量化PMFCL的综合优化奠定了基础。
　　 本文的研究结果进一步丰富了永磁偏置故障限流技术的内容，对实现高压大容量化PMFCL在电网中的应用具有理论意义和科学价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 永磁偏置限流技术的研究背景

1．1．1 故障限流技术的研究意义

1．1．2 故障限流技术的发展概况

1．2 永磁偏置限流技术的研究现状

1．2．1 永磁偏置型故障限流器的拓扑结构

1．2．2 永磁偏置型故障限流器的磁性材料选型

1．3 本文的研究内容

第二章 永磁偏置型故障限流器中永磁体的稳定性实验研究

2．1 永磁体的时间稳定性

2．2 永磁体的温度稳定性

2．3 永磁体的外磁场稳定性

2．4 本章小结

第三章 永磁偏置型故障限流器的磁路建模方法与实验验证

3．1 基于磁场分析的PMFCL的限流机理分析

3．1．1 限流阶段Ⅰ的磁场分析

3．1．2 限流阶段Ⅱ的磁场分析

3．2 PMFCL中的等效漏磁阻

3．2．1 第一类等效磁路模型的漏磁阻

3．2．2 第二类等效磁路模型的漏磁阻

3．3 MATLAB中仿真模型的建立与实验验证

3．3．1 电路磁路等效耦合模型Ⅰ

3．3．2 电路磁路等效耦合模型Ⅱ

3．3．3 实验验证

3．4 本章小结

第四章 大容量永磁偏置型故障限流器的经济性研究

4．1 PMFCL的有效材料成本

4．1．1 拓扑参数设计算法

4．1．2 有效材料成本分析模型

4．2 PMFCL的运行成本

4．2．1 PMFCL的铁心损耗

4．2．2 PMFCL的绕组铜耗

4．1．3 系数A、B

4．3 500kV等级电网中PMFCL经济性研究实例分析

4．3．1 电感和变量的选取

4．3．2 电感比变量的选取

4．3．3 饱和深度比变量的选取

4．3．4 PMFCL的经济性分析

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文