饱和铁芯型高温超导限流器的设计与仿真

论文摘要

随着电力系统容量的不断增加,短路电流值不断增高,严重威胁着设备和人的安全。利用超导体制作的高温超导故障限流器是一种具有革新意义的理想限流装置。高温超导故障限流器集检测、触发和限流于一体,具有自动恢复功能,若能将其实用化,不仅可降低系统保护装置的规格、提高现有电网的输送容量,还可以提高系统的安全可靠性和供电质量。论文首先阐述了电力系统的发展、短路限流技术的发展背景以及目前国内外对高温超导故障限流器的研究开发情况。详细介绍了饱和铁芯型高温超导故障限流器的基本结构与工作原理,明确了限流器的动态方程、系统运行的参数,确定了设计方法与步骤,完成了一台6.3kV/1kA的饱和铁芯型高温超导故障限流器的模型设计。然后根据所测试的电力系统自动化综合实验平台的容量,将所设计的限流器模型换算成与实验平台相匹配的小容量限流器,并进行等值电路的计算。在此基础上,分析了限流器的阻抗变化,搭建了短路测试电路并对限流器进行了短路故障时的瞬态仿真。其次,基于对限流器模型等值电路的仿真分析、电力系统实验平台的短路电流测试,将实际电网电路进行了简化与推广,在简化电路图中进行了各类短路故障仿真,得出了各类短路发生时,短路电流的变化情况。同时,将小容量限流器接入电路中进行短路故障的仿真,通过比较接入限流器前后,线路电流的变化情况,证实了模型的有效性。最后,在模型的有效性得到验证后,进一步分析了短路故障发生在不同时刻时,故障电流的变化情况以及限流器的动作特性,对于不同时刻发生的短路故障,此模型均能进行有效的限流。基于对模型的仿真验证,讨论了影响限流器动作特性的参数,并最终提出了限流器的改进设计方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电力系统发展现状及限流技术的意义
• 1.2 故障限流器的特点及其发展瓶颈
• 1.3 高温超导故障限流器的特点
• 1.4 高温超导故障限流器的发展现状
• 1.5 HTSFCL的类别及其特点概要
• 1.6 本论文的主要工作
• 第二章 饱和铁芯型限流器的基本原理
• 2.1 超导体的基本特性与临界参量
• 2.1.1 基本特性
• 2.1.2 临界参量
• 2.2 饱和铁芯型HTSFCL结构分析
• 2.3 基于磁化曲线的限流器原理分析
• 第三章 6.3kV/1kA饱和铁芯型限流器的模型设计
• 3.1 限流器铁芯
• 3.1.1 磁滞回线的模型
• 3.1.2 铁芯的B-H曲线
• 3.2 动态微分方程及其参数
• 3.2.1 微分方程
• 3.2.2 系统的参数设计
• 3.2.3 模型设计步骤与方法
• 3.3 限流器的设计
• 3.3.1 模型铁芯尺寸的设计
• 3.3.2 HTSFCL结构设计
• 3.3.3 绕组的确定
• 3.3.4 整个装置的结构
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于电力系统实验平台的模型分析验证
• 4.1 实验平台的短路电流测试
• 4.1.1 实验平台简介
• 4.1.2 电力系统实验平台的继电保护
• 4.1.3 电力系统实验平台的短路测试
• 4.2 基于实验平台的6.3kV/1kA的等效计算与分析
• 4.2.1 6.3kV/1kA的220V/10A等效
• 4.2.2 等效电路的阻抗变化分析
• 4.2.3 220V/10A限流器的瞬态仿真
• 4.3 基于实验平台的各类短路故障仿真
• 4.4 220V/10A限流器的仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 6.3kV/1kA饱和铁芯型限流器的仿真分析
• 5.1 6.3kV/1kA限流器的仿真分析
• 5.1.1 模型参数与等值电路模型
• 5.1.2 正常运行时的仿真
• 5.1.3 不同时刻的短路故障仿真
• 5.1.4 限流效果仿真分析
• 5.2 超导故障限流器的运行参数分析
• 5.2.1 阻抗变化
• 5.2.2 直流偏置电流对限流特性的影响
• 5.2.3 绕组匝数对限流能力的影响
• p'>5.2.4 动作时间t_p
• 5.2.5 直流侧感应电流的抑制
• 5.3 饱和铁芯型故障限流器设计的改进
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果