220kV新型固態(tài)限流器實(shí)用化樣機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf_第1頁(yè)
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1、電力系統(tǒng)發(fā)生的各種故障中,最容易發(fā)生并且對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行與電力設(shè)備破壞最大的是短路故障。為了抑制短路電流對(duì)電力設(shè)備造成的損害,增強(qiáng)電力系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性,研制有效的短路限流技術(shù)與限流裝置已成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)。本文在前人研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)應(yīng)用于220kV/1.5kA系統(tǒng)的新型固態(tài)限流器實(shí)用化樣機(jī)。針對(duì)系統(tǒng)限流要求與工程實(shí)際應(yīng)用,對(duì)新型固態(tài)限流器主電路電氣裝置與控制保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
  本文首先分析了目前國(guó)內(nèi)外不同類(lèi)型短路限流器的限流原

2、理,對(duì)比各種限流器在實(shí)際工程應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn),最終確定以飽和型自禍變壓器耦合橋式固態(tài)限流器作為新型固態(tài)限流器實(shí)用化樣機(jī)方案。論文詳細(xì)分析了飽和型自耦變壓器耦合橋式固態(tài)限流器工作原理,通過(guò)建立不同狀態(tài)下的限流器數(shù)學(xué)模型為樣機(jī)主設(shè)備的參數(shù)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。此外,介紹了新型固態(tài)限流技術(shù)與柔性交流輸電技術(shù)的結(jié)合,并且以限流式統(tǒng)一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)為例,針對(duì)裝置中的限流器模塊分析其對(duì)電力系

3、統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響,并在標(biāo)準(zhǔn)的220kV三機(jī)九節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明在故障發(fā)生后,限流式UPFC不僅可以改善電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)輸入輸出功率的不平衡,使其功角振蕩的幅度和持續(xù)時(shí)間大大減小,而且可以避免系統(tǒng)母線電壓大幅下跌,提高了電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。其次,針對(duì)220kV新型固態(tài)限流器工業(yè)樣機(jī)進(jìn)行主設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì),包括飽和型自耦變壓器設(shè)計(jì)、晶閘管選型、限壓閥選型、直流限流電抗設(shè)計(jì)、冷卻循環(huán)系統(tǒng)選型、電流電壓互感器以及旁路隔離開(kāi)關(guān)和斷路器

4、的選型。在ANSOFT/SIMPLORER仿真軟件中建立飽和型自耦變壓器耦合橋式固態(tài)限流器主電路模型,進(jìn)行了正常工況與短路工況的聯(lián)合仿真,分析對(duì)比了有無(wú)裝設(shè)限流器情況下線路短路電流的水平,表明主設(shè)備設(shè)計(jì)滿足限流要求。此外,設(shè)計(jì)完成了限流器裝置整體布置方案。最后,針對(duì)新型固態(tài)限流器工業(yè)樣機(jī)控制保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),包括硬件設(shè)計(jì)與軟件實(shí)現(xiàn)。新型固態(tài)限流器工業(yè)樣機(jī)控制保護(hù)系統(tǒng)硬件選用美國(guó)國(guó)家儀器公司的高性能實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)硬件平臺(tái),主要由人機(jī)交互系統(tǒng)

5、、核心控制器、輸入/輸出模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊等部分組成。控制保護(hù)系統(tǒng)的軟件主要由六大狀態(tài)處理模塊組成,各模塊分工明確且相互獨(dú)立。研制出新型固態(tài)限流器低壓物理模型樣機(jī),進(jìn)行了短路限流實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)其運(yùn)行工況的分析,進(jìn)一步驗(yàn)證和完善了控制保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。此外,從新型橋式固態(tài)限流器控制模式出發(fā),對(duì)故障后切除限流電抗短路電流的續(xù)流瞬斷模式、逆變瞬斷模式和逆變續(xù)流混合瞬斷模式進(jìn)行比較分析。最后通過(guò)低壓模型樣機(jī)實(shí)驗(yàn)對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果

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