电力系统故障限流器的研究

论文摘要

电力系统在运行过程中,最常见且最危险的故障是发生各种类型的短路故障。随着电力系统规模和容量的不断扩大,短路容量成为制约电网发展的一个重要因素。为了减少短路故障对电力系统造成的危害,必须采取措施快速限制电力系统的短路电流。近几年来,随着电力电子技术的发展,固态开关因其具有动作速度快、允许动作次数多、控制简便、成本低廉、体积小等优点被认为具有很强的实用性。基于此,研究者提出了各种不同拓扑结构的采用固态开关的故障限流器。其中,带串联补偿的故障限流器,既具有串联补偿的功能,又能根据短路的实际情况改变限流程度,因而具有较大的灵活性和实用性。本文研究了一种新型故障限流器,它由补偿电容和旁路电感并联后与限流电感串联而成。正常情况下,由电容和限流电感对线路进行串联补偿,发生故障时,根据短路电流的大小控制门极可关断晶闸管(GTO)的导通角,从而改变投入的限流电抗,达到限流目的。论文从该故障限流器的拓扑结构出发,分析了该故障限流器的工作原理和特点,接着论文进行了该故障限流器的参数选择,最后介绍了故障限流器的基本器件。为了验证该故障限流器的工作性能,论文采用MATLAB仿真软件建立了配电网模型和单机无穷大系统模型,并且在这两个模型中对发生各种短路情况进行了仿真分析,得到了电压电流波形。仿真结果显示,短路电流达到了抑制,母线电压也有所改善,说明该故障限流器具有良好的限流效果。本文进一步采用了模糊控制理论设计了一个二维模糊控制器来控制门极可关断晶闸管(GTO)以提高系统的稳定性,仿真结果表明控制器有效减小了发电机振荡,改善了系统的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 常规限制短路电流的措施及分析
• 1.3 故障限流器的发展
• 1.4 本论文所做的工作
• 第2章 新型故障限流器的拓扑设计及工作原理
• 2.1 几种形式固态限流器的分析
• 2.1.1 晶闸管和电容及电感串联式
• 2.1.2 串联电抗器式
• 2.1.3 桥式故障限流器
• 2.1.4 电感和电容串联式
• 2.1.5 电感和电容并联式
• 2.2 新型故障限流器的拓扑
• 2.2.1 新型故障限流器的工作原理
• 2.2.2 新型故障限流器的特点
• 2.3 故障限流器的参数选择
• 2.3.1 故障限流器等值阻抗
• 2.3.2 故障限流器的参数选择
• 2.4 故障限流器的损耗分析
• 2.5 门极可关断晶闸管（GTO）
• 2.5.1 GTO简介
• 2.5.2 GTO的主要参数
• 2.5.3 GTO的门极驱动电路
• 2.5.4 GTO的缓冲电路
• 2.6 ZnO避雷器
• 2.7 本章小结
• 第3章 新型故障限流器的仿真分析
• 3.1 仿真软件MATLAB简介
• 3.2 电力系统中MATLAB仿真建模方法
• 3.3 系统中的部件模型
• 3.3.1 发电机组的模型
• 3.3.2 变压器模型
• 3.3.3 输电线路模型
• 3.3.4 负载模型
• 3.4 实际配电网仿真分析
• 3.4.1 仿真模型
• 3.4.2 单相接地短路分析
• 3.4.3 两相相间短路分析
• 3.4.4 三相短路分析
• 3.5 传输线路短路仿真分析
• 3.5.1 仿真模型的结构及主要参数描述
• 3.5.2 单相接地短路仿真分析
• 3.5.3 两相接地短路仿真分析
• 3.5.4 三相接地短路仿真分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 控制器的设计
• 4.1 模糊控制理论的数学基础
• 4.1.1 模糊集合和隶属函数
• 4.1.2 模糊矩阵和模糊关系
• 4.2 模糊控制器及其设计方法
• 4.2.1 模糊控制的基本原理
• 4.2.2 模糊控制器的设计方法
• 4.3 故障限流器的模糊控制器的设计
• 4.4 功角测量
• 4.4.1 功角的定义
• 4.4.2 功角测量的意义
• 4.4.3 功角测量的实现
• 4.5 模糊控制器的仿真分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢