兼具電能質(zhì)量改善功能的短路電流限制器研究.pdf

1、隨著電力系統(tǒng)裝機(jī)容量的增加、電網(wǎng)互聯(lián)程度的提高和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)中的短路電流呈不斷增長趨勢，嚴(yán)重威脅電力設(shè)備乃至整個電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。為提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性及可靠性，降低短路電流對電力設(shè)備的沖擊，控制短路電流、限制過大短路電流已成為一種迫切的技術(shù)需求。隨著大功率電力電子器件的發(fā)展以及電力電子技術(shù)的進(jìn)步，電力電子開關(guān)型短路電流限制器成為限制過大短路電流的一種有效解決方案。
　　本文提出一種兼具電能質(zhì)量改善功能的電力電子

2、開關(guān)型短路電流限制器，從原理分析、數(shù)學(xué)建模、控制設(shè)計、仿真與實驗等方面入手，對其開展了較為系統(tǒng)的理論化和實用化技術(shù)探究。論文的主要研究內(nèi)容和貢獻(xiàn)有：
　?、籴槍﹄娏ο到y(tǒng)短路電流的問題及現(xiàn)狀，對比分析了各種限制短路電流的措施及其優(yōu)缺點。內(nèi)容包括：以負(fù)荷密度較大的廣東電網(wǎng)和三峽工程電力外送起點的湖北電網(wǎng)為例，闡述了當(dāng)前電力系統(tǒng)的短路電流情況；從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)運(yùn)行方式和電力設(shè)備三方面梳理了傳統(tǒng)的短路電流限制措施，例如將電網(wǎng)解列分片運(yùn)行、

3、母線分段、串聯(lián)電抗器等，并分析了各種措施的優(yōu)缺點；總結(jié)了短路電流限制裝置的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，指出電力電子開關(guān)型限流器便于開發(fā)出多種功能、在當(dāng)下及未來智能化電網(wǎng)中將會有廣泛的應(yīng)用。
　?、诮榻B了兼具電能質(zhì)量改善功能的短路電流限制器的電路拓?fù)浼肮ぷ髟恚⑼卣狗治隽似湓诔绷骺刂品矫娴膽?yīng)用優(yōu)勢。首先，闡述了雙向斬波器和超級電容儲能單元的應(yīng)用意義，即在各種運(yùn)行狀態(tài)下實現(xiàn)能量緩沖以及提高直流母線電壓穩(wěn)定度；其次，采用最小電壓注入的方式進(jìn)行

4、短路電流限制，并將其于阻抗注入方式進(jìn)行對比分析；最后，通過理論分析指出裝置在潮流控制方面的應(yīng)用價值，為裝置拓展出更多功能奠定基礎(chǔ)。
　?、弁ㄟ^建立變流器和雙向斬波器的數(shù)學(xué)模型，提出了變流器注入電壓的跟蹤控制策略以及利用雙向斬波器實現(xiàn)裝置能量轉(zhuǎn)移和直流母線電壓穩(wěn)定的方法。本文首先基于開關(guān)函數(shù)，分別建立了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的變流器數(shù)學(xué)模型和斬波器的狀態(tài)平均數(shù)學(xué)模型；然后基于所建立的模型提出了控制方案，并通過仿真實驗驗證了控制方案的可行性和有

5、效性。
　?、芨鶕?jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)設(shè)計了裝置的幾種工作模式，提出了協(xié)調(diào)控制策略，保證了各種模式間的自由切換并通過主動能量管理使裝置保持最佳狀態(tài)。首先,通過分析發(fā)生短路故障以及電壓波動時的系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點的電壓、電流特征值，提出了系統(tǒng)的狀態(tài)判據(jù)；接著,在不同的系統(tǒng)狀態(tài)下，設(shè)置了裝置的五種工作模式，并系統(tǒng)化設(shè)計了各種模式間的協(xié)調(diào)控制策略；最后設(shè)計了Simulink仿真以及硬件實驗，驗證了本文所提出裝置在短路電流限制和電能質(zhì)量改善方面的有效性，