220kV新型固態(tài)限流器實用化樣機優(yōu)化設計.pdf

1、電力系統(tǒng)發(fā)生的各種故障中，最容易發(fā)生并且對系統(tǒng)運行與電力設備破壞最大的是短路故障。為了抑制短路電流對電力設備造成的損害，增強電力系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性，研制有效的短路限流技術與限流裝置已成為當下研究熱點。本文在前人研究的基礎上，設計應用于220kV/1.5kA系統(tǒng)的新型固態(tài)限流器實用化樣機。針對系統(tǒng)限流要求與工程實際應用，對新型固態(tài)限流器主電路電氣裝置與控制保護系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。
　　本文首先分析了目前國內(nèi)外不同類型短路限流器的限流原

2、理，對比各種限流器在實際工程應用中的優(yōu)缺點，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)限流器實用化樣機方案。論文詳細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，通過建立不同狀態(tài)下的限流器數(shù)學模型為樣機主設備的參數(shù)設計打下基礎。此外，介紹了新型固態(tài)限流技術與柔性交流輸電技術的結(jié)合，并且以限流式統(tǒng)一潮流控制器（Unified Power Flow Controller，UPFC）為例，針對裝置中的限流器模塊分析其對電力系

3、統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響，并在標準的220kV三機九節(jié)點系統(tǒng)中進行仿真。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)電機輸入輸出功率的不平衡，使其功角振蕩的幅度和持續(xù)時間大大減小，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220kV新型固態(tài)限流器工業(yè)樣機進行主設備優(yōu)化設計，包括飽和型自耦變壓器設計、晶閘管選型、限壓閥選型、直流限流電抗設計、冷卻循環(huán)系統(tǒng)選型、電流電壓互感器以及旁路隔離開關和斷路器

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，進行了正常工況與短路工況的聯(lián)合仿真，分析對比了有無裝設限流器情況下線路短路電流的水平，表明主設備設計滿足限流要求。此外，設計完成了限流器裝置整體布置方案。最后，針對新型固態(tài)限流器工業(yè)樣機控制保護系統(tǒng)進行設計，包括硬件設計與軟件實現(xiàn)。新型固態(tài)限流器工業(yè)樣機控制保護系統(tǒng)硬件選用美國國家儀器公司的高性能實時控制系統(tǒng)硬件平臺，主要由人機交互系統(tǒng)

5、、核心控制器、輸入/輸出模塊、信號調(diào)理模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊等部分組成。控制保護系統(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立。研制出新型固態(tài)限流器低壓物理模型樣機，進行了短路限流實驗。通過對其運行工況的分析，進一步驗證和完善了控制保護系統(tǒng)的設計。此外，從新型橋式固態(tài)限流器控制模式出發(fā)，對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)流混合瞬斷模式進行比較分析。最后通過低壓模型樣機實驗對分析結(jié)果進行驗證。結(jié)果