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(zhǎng)趨勢(shì)，嚴(yán)重威脅電力設(shè)備乃至整個(gè)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(duì)電力設(shè)備的沖擊，控制短路電流、限制過(guò)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(kāi)關(guān)型短路電流限制器成為限制過(guò)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(kāi)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(jì)、仿真與實(shí)驗(yàn)等方面入手，對(duì)其開(kāi)展了較為系統(tǒng)的理論化和實(shí)用化技術(shù)探究。論文的主要研究?jī)?nèi)容和貢獻(xiàn)有：
　?、籴槍?duì)電力系統(tǒng)短路電流的問(wèn)題及現(xiàn)狀，對(duì)比分析了各種限制短路電流的措施及其優(yōu)缺點(diǎn)。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(diǎn)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(diǎn)；總結(jié)了短路電流限制裝置的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，指出電力電子開(kāi)關(guān)型限流器便于開(kāi)發(fā)出多種功能、在當(dāng)下及未來(lái)智能化電網(wǎng)中將會(huì)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?，并拓展分析了其在潮流控制方面的?yīng)用優(yōu)勢(shì)。首先，闡述了雙向斬波器和超級(jí)電容儲(chǔ)能單元的應(yīng)用意義，即在各種運(yùn)行狀態(tài)下實(shí)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(duì)比分析；最后，通過(guò)理論分析指出裝置在潮流控制方面的應(yīng)用價(jià)值，為裝置拓展出更多功能奠定基礎(chǔ)。
　?、弁ㄟ^(guò)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(shí)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(kāi)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(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(jì)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(guò)主動(dòng)能量管理使裝置保持最佳狀態(tài)。首先,通過(guò)分析發(fā)生短路故障以及電壓波動(dòng)時(shí)的系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)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(jì)了各種模式間的協(xié)調(diào)控制策略；最后設(shè)計(jì)了Simulink仿真以及硬件實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)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，