串联补偿型故障限流器的研究与应用

摘要

随着电网逐渐向着智能化和高压化发展，电力系统各级网络中短路电流显著增大，严重危害了电网和各种电气设备的安全运行，大规模更换电力系统一次设备将带来巨大的人力、物力成本，而传统故障限流器的运行效率低、限流效果差，同时存在降低系统稳定性和供电可靠性的风险。为此，本文设计了一种新型串联补偿型故障限流器，并针对其工作原理及性能进行了研究。
　　本文首先介绍了电力系统短路故障的危害，并对传统故障电流限制措施的优缺点进行了研究分析，得出饱和电抗型故障限流器是最符合当前条件的选择。然后，在饱和电抗型故障限流器的基础上加以改进，设计了一种新型串联补偿型故障限流器，使其在电网正常工作时起到串联补偿作用，在电网发生短路故障时，用于限制短路电流，文章对其基本工作原理及直流控制回路进行了深入地分析研究，建立了其数学模型，从理论上验证了其可行性。利用MATLAB/Simulink控制系统仿真平台搭建了应用该限流器的220kV/300km电力传输线路模型，仿真实验表明限流器具有良好的补偿效果和限流能力。最后，本文对该限流器控制电路的电压、电流检测电路，信号调理电路，驱动电路，开关电源等主要硬件进行了设计，同时，为了配合硬件电路，实现相应的控制目标，设计了系统主程序、A/D转换主程序、中断服务子程序以及PWM脉冲发生程序的流程图，介绍了其软件设计思路。
　　采用该新型串联补偿型故障限流器，有效降低了电力传输线上的电能损耗，提高了系统的输电能力及供电系统的功率因数，同时能够显著降低电力系统短路电流，提升系统暂态稳定性，保护电力系统一次设备免受短路冲击电流的危害，明显减少了系统设备维护和升级带来的经济成本。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．1．1 短路故障的危害

1．1．2 限制短路电流的传统措施

1．2 故障限流器分类及研究现状

1．2．1 故障限流器概述

1．2．2 故障限流器分类及研究现状

1．3 主要研究内容

2 新型串联补偿型故障限流器的理论分析

2．1 饱和电抗器

2．1．1 饱和电抗器的结构

2．1．2 铁芯的铁磁特性

2．1．3 饱和电抗器的工作原理

2．2 新型串联补偿型故障限流器

2．2．1 基本工作原理

2．2．2 直流控制回路分析

2．2．3 串联补偿型故障限流器的数学模型分析

2．2．4 串联补偿型故障限流器的控制策略

2．3 本章小结

3 新型串联补偿型故障限流器的仿真与分析

3．1 串联补偿型故障限流器的仿真

3．1．1 系统仿真模型

3．1．2 仿真参数设定

3．2 仿真结果分析

3．2．1 正常运行时的仿真分析

3．2．2 短路故障时的仿真分析

3．3 本章小结

4 新型串联补偿型故障限流器软硬件设计

4．1 硬件电路设计

4．1．1 DSP控制电路设计

4．1．2 电流检测电路

4．1．3 电压检测电路

4．1．4 信号调理电路

4．1．5 开关管驱动电路

4．1．6 辅助电源

4．2 软件设计

4．2．1 主程序流程图

4．2．2 A／D转换子程序流程图

4．2．3 中断服务子程序流程图

4．2．4 PWM脉冲发生程序流程图

4．3 本章小结

5 故障限流器在电力系统中的应用

5．1 故障限流器的安装位置及作用

5．2 故障限流器对电力系统暂态稳定性的影响

5．2．1 功角特性分析

5．2．2 极限切除时间

5．3 故障限流器对继电保护装置的影响

5．3．1 故障限流器对电流三段保护的影响

5．3．2 故障限流器对距离保护的影响

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

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