可控桥式限流器的设计及其超导应用仿真研究

摘要

随着电力系统容量的不断增大，在电力系统发生短路故障或者接地故障时产生的短路电流相应的增加，传统的限流设备已经不能很好的限制短路故障产生的大电流，这给电力系统的安全运行带来了极大的隐患。超导技术的不断发展，超导限流器（SFCL）的应用技术不断成熟，其恰好能承载大电流，且不影响系统的正常运行，所以被认为是限制故障电流的最理想装置。功率电子器件技术的不断发展，其耐压越来越高，利用电力电子技术与超导技术结合也成为了目前限流器的研究热点。
　　本文基于桥式限流器的基本原理，利用电力电子技术，提出了一种可控桥式超导限流器，其电路结构对称，通过控制功率开关管进而改变桥式电路的电路结构，使限流线圈串入到电力系统之中，从而实现限流。由于功率电子的响应时间短，该限流器的响应时间可以缩短到us级；电力系统接入该限流器后，在系统发生短路故障时，可以不需要立刻切断用电系统，这保证系统供电的持续性；该限流器不仅能限制故障瞬态电流，还能限制故障稳态电流；无需直流偏置电源，使系统电路更加稳定，使限流器结构更加简单，成本更低，体积更小，重量更轻，而且桥路结构对称，桥臂可模块化，利于后期的维护。
　　本文的主要研究内容为：
　　介绍了超导体技术的发展历史，超导限流器的发展背景，超导限流器的主要分类以及桥式超导限流器的发展现状。
　　对可控桥式限流器工作原理及过程进行了理论分析，分析了可控桥式限流器在正常工作状态、故障工作状态以及故障恢复状态的理论推导，理论上分析了可控桥式限流器的限流优势。
　　搭建了可控桥式限流器的仿真系统模型，对可控桥式限流器的不同工作状态进行了仿真研究，对可控桥式限流器在不同线圈电感、不同故障相位角和不同响应延时下的限流特性进行了仿真研究；分析仿真结果概括总结可控桥式限流器的限流规律。将可控桥式限流器与其它类型的桥式限流器进行仿真研究对比。对可控桥式限流采用传统线圈在低压环境中进行仿真研究，对其仿真结果进行总结分析。对可控桥式超导限流器在10kV电力系统中进行仿真研究。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 超导体技术的发展

1.2 超导限流器的发展背景

1.3 超导限流器的主要分类

1.4 桥式超导限流器的研究现状

1.5 现有桥式超导限流器类型的应用局限性分析

1.6 本文主要工作

第二章 可控桥式超导限流器的基本原理和理论分析

2.1 可控桥式超导限流器的电路拓扑结构

2.2 桥式限流器的限流理论分析

2.3 可控桥式超导限流器的控制策略及运行过程

2.4 本章小结

第三章 可控桥式超导限流器的仿真分析

3.1 可控桥式超导限流器的仿真模型及参数

3.2 可控桥式超导限流器的控制逻辑

3.3 可控桥式超导限流器的仿真分析

3.4 可控桥式超导限流器的特性分析

3.5 与不同类型桥式超导限流器仿真对比

3.6 本章小结

第四章 可控桥式限流器在低压中的仿真研究

4.1 仿真模型系统及仿真内容

4.2 限流线圈的设计

4.3 正常工作状态下的电压与电流

4.4 限流过程中的电流电压特性

4.5 限流器恢复特性

4.6 仿真结果分析

4.7 本章小结

第五章 可控桥式超导限流器在电力系统中的应用仿真研究

5.1 电力系统模型的建立

5.2 单相短路接地故障仿真

5.3 两相短路接地故障仿真

5.3 三相短路接地故障仿真

5.4 二次短路接地故障仿真研究

5.5 本章小结

第六章 全文总结及工作展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果