新型饱和铁芯型高温超导故障限流器控制系统及其实验研究

摘要

随着电网容量的不断扩大，短路电流的值不断提高，给系统的安全、稳定和可靠运行埋下了严重隐患，传统的限流技术已逐渐显现出局限性而越来越不能适应当今社会对电能质量上的高要求。短路电流限制技术己成为故障保护的一个研究热点。 超导故障限流器以现今流行的超导技术为背景，被普遍认为是目前比较先进的短路故障电流限制装置。饱和铁芯型高温超导故障电流限制器就是其中一种。传统的饱和铁芯型高温超导故障限流器(high temperature superconducting fault current limiter，简称HTSFCL)在短路发生后采取不切断直流励磁的方式，限流效果较弱、超导励磁线圈要承受很高的感应电压和直流电源在较大的感应电压干扰时仍要保持恒流状态。为此，本文提出了一种新型主动式饱和铁芯型高温超导故障限流器，即在检测到短路故障时采用高压IGBT快速切断直流励磁系统的方式。并针对这种超导故障限流器的直流励磁控制系统进行研究，设计了这种高压IGBT的驱动和保护电路，并参与了380V/50A新型饱和铁芯型高温超导故障限流器的实验样机制作和短路故障限流实验。 新型饱和铁芯型高温超导故障限流器样机的监控系统的作用就是电网正常运行时，闭合直流励磁系统，超导限流器工作在饱和段，呈现低阻抗； 当电网故障发生时，切断直流励磁系统，此时限流器呈现高阻抗，超导限流器进行限流，当电网故障排除，需要重合闸时，限流器重新进入饱和段，使电网稳定运行。控制系统的设计要采用合理的故障检测和判断方法，对直流励磁系统采用合理控制策略，并能保证控制系统的可靠性。数据采集和检测由NI的16位PCI总线数据采集卡和电压电流传感器等组成，以LabVIEW为开放平台，实现故障信号高精度、高速率采样、显示和存储。短路故障限流实验系统主要包括短路实验平台、实时数据采集系统、监测控制系统三部分。同时，为了使系统中韵短路冲击达到最大，以反并联晶闸管作为短路开关，对短路合闸角和短路时间进行控制。 最后完成了新型主动式饱和铁芯型高温超导限流器的低压短路实验。短路实验结果表明，采用该控制系统的高温超导限流器能有效限制短路故障发生后的短路电流冲击峰值和稳态短路电流，从而验证了这种高温超导限流器原理的可行性，为下一步研发35kV/1．5kA．的新型饱和铁芯型高温超导限流器并在云南电网公司普吉电站进行挂网实验运行提供了理论和实践支持。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明，图表目录

声明

第一章引言

1.1电网短路限流技术的意义

1.2理想的短路限流器的特点

1.3超导限流器的优点及发展现状

1.4超导限流器的应用前景

1.5本文的主要工作

第二章超导限流器的类型及各自特点

2.1电阻型超导限流器

2.2感应型超导限流器

2.3磁屏蔽型超导限流器

2.4桥路型超导限流器

2.5饱和铁芯型超导限流器

2.6各种超导限流器的优缺点

第三章新型饱和铁芯型超导限流器的研究

3.1饱和铁芯型超导限流器的基本工作原理

3.1.1软磁材料磁学性能

3.1.2饱和铁芯型超导限流器工作模式分析

3.1.3基于磁化曲线分段线性化的SCFCL的理论研究

3.2饱和铁芯型高温超导限流器的改进

第四章新型饱和铁芯型高温超导限流器控制系统的实现

4.1直流励磁系统快速切断的实现

4.1.1快速切断器件的选择

4.1.2 IGBT驱动电路的设计

4.1.3 IGBT过电压保护电路设计

4.1.4压敏电阻保护电路的实验

4.1.5实验波形

4.1.6实验结果分析

4.2虚拟仪器Ⅵ和LABVIEW

4.2.1传统仪器与虚拟仪器

4.2.2虚拟仪器的组成

4.2.3 LabVIEW语言

4.3系统总体结构设计

4.3.1工作过程

4.3.2监控数据采集系统设计

4.3.3故障电流识别

第五章三相380V/50A新型饱和铁芯型高温超导限流器样机的短路实验

5.1对高温超导限流器进行短路实验的必要性

5.2短路冲击电流故障电流缩减率

5.3短路实验的组成

5.4实验波形图及限流效果分析

5.4.1感性负载，功率因数0.15，三相短路

5.4.2阻型负载，功率因数0.995，三相短路

第六章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录