可改善配电网电能质量的新型故障限流器的仿真与实验研究

论文题目: 可改善配电网电能质量的新型故障限流器的仿真与实验研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 电力系统及其自动化

作者: 张洪军

导师: 陈歆技,吴杰

关键词: 故障限流器,电能质量,仿真

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 现代电力系统不断向超高压、大容量、大规模和联网方向发展,使得输配电网短路电流水平不断提高,目前已成为制约电网运行和发展的一个重要因素,限制短路电流问题亟待解决。同时,由于短路的发生通常会导致电压跌落等严重的电能质量问题,给供、用电双方带来重大的经济损失。作为新兴FACTS技术中的一员,故障限流器(Fault Current Limiter,缩写为FCL)在限制故障电流的同时可以有效减小母线电压跌落,已成为国内外电力系统的研究热点之一。本文在查阅国内外故障电流限制器方面研究成果的基础上,分析了各种FCL的优缺点,并结合目前数字控制技术和开关技术的最新发展,提出了基于IGBT的双PWM控制模块的新型固态故障限流器。它由两个以PWM原理控制的电感模块和一个补偿电容并联后,再与一个限流电感串联而成,通过控制门极脉冲的占空比可以改变其阻抗,实现可控限流和可控串补。对提出的限流器,首先介绍了它的工作原理,从其结构设计角度分析了其阻抗特性、损耗特性等,并以此为基础介绍了FCL各元器件的选择方法,又从控制角度出发给出了快速故障检测方法、分析了限流程度的合理控制范围、介绍了实际PWM控制中的死区要求、阐述了新型FCL对电网谐波的影响等。然后,介绍了利用MATLAB进行电力系统仿真的建模方法,构建了在实际配电网母线与馈线连接处安装FCL后的MATLAB仿真模型,并对该配电网馈线发生各种短路情况进行了仿真分析,仿真结果表明该FCL不仅能有效限制短路电流,而且能减小母线电压跌落,抑制系统谐波的产生。为了进一步验证该FCL的有效性,对低压220 V系统设计了实验装置。论文对该实验装置分控制和驱动两部分进行了介绍,控制部分采用DSP—TMS320LF2407A为CPU ,从硬件和软件两方面介绍了其存储器扩展、数据采集、串行通信接口、PWM产生方法等,各接口之间采用CPLD实现逻辑处理;对IGBT—GT80J101的驱动选用了EXB841模块,详细分析了其工作原理,针对其不足之处提出了实用电路。最后实验结果证明该FCL能快速限制短路电流,减小电压跌落,有效改善电网电能质量,在电力系统中将具有广阔的应用前景。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外发展动态

1.3 本文主要研究内容

第二章 新型 FCL 的拓扑结构设计及特性分析

2.1 几种形式的固态限流器的比较分析

2.1.1 TCR 控制的限流器

2.1.2 GTO 控制的限流器

2.1.3 IGBT 控制的限流器

2.2 双 PWM 控制模块 FCL 的提出

2.3 双 PWM 控制模块FCL 的拓扑结构

2.4 FCL 的工作原理

2.5 FCL 的阻抗特性

2.6 新型FCL 的损耗分析

2.7 限流率和补偿度定义

2.8 FCL 元件参数选择

2.9 FCL 功率器件的选择

2.9.1 电力电子器件发展简介

2.9.2 IGBT 性能特点

2.9.3 IGBT 驱动性能要求

2.10 快速故障检测

2.11 限流率的合理控制

2.12 死区控制

2.13 脉宽调制（PWM）波形的产生方法

2.14 新型FCL 对电网谐波的影响

2.14.1 谐波的危害

2.14.2 FCL 可控模块谐波分析

2.14.3 可控模块对谐波传播的影响

2.15 新型FCL 的主要特点

2.16 本章小结

第三章 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 实际配电网仿真分析

3.3.1 仿真模型

3.3.2 单相接地短路分析

3.3.3 两相短路分析

3.3.4 三相短路分析

3.4 本章小结

第四章 双 PWM 控制模块FCL 的实验研究

4.1 低压系统总体实验方案

4.2 控制器硬件设计

4.2.1 CPU 的选择

4.2.2 TMS20LF2407A 芯片的特点

4.2.3 DSP 的时钟

4.2.4 DSP 的存储器扩展

4.2.5 DSP 串行通信接口 SCI

4.2.6 电流采样

4.2.7 电源和复位电路设计

4.2.8 控制器硬件抗干扰设计

4.3 控制器软件设计

4.3.1 软件抗干扰设计

4.3.2 控制系统主程序

4.3.3 DSP 的看门狗设计

4.3.4 串口通信中断程序

4.3.5 数据采集中断程序

4.3.6 数据处理子程序

4.3.7 PWM 波形的产生

4.4 IGBT 驱动电路设计

4.4.1 驱动模块简介

4.4.2 EXB41 驱动模块工作原理

4.4.3 EXB41 驱动模块特点

4.4.4 EXB41 实用驱动电路

4.4.5 驱动模块电源

4.4.6 IGBT 驱动板抗干扰设计

4.5 220V 系统实验结果

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

附录：攻读硕士研究生期间发表的学术论文

发布时间: 2007-06-11

参考文献

• [1].电力系统故障限流器的研究[D]. 王正斐.哈尔滨工程大学2008
• [2].带串联补偿故障限流器的仿真和实验研究[D]. 曾琦.四川大学2003
• [3].磁饱和铁芯限流器及其快速故障检测算法研究[D]. 沙浩源.东南大学2018
• [4].新型多功能固态限流器及其在电网中的应用[D]. 邓树.湖南大学2015
• [5].高温超导直流限流器拓扑结构设计与仿真分析[D]. 谭璐.北京交通大学2018
• [6].可控桥式限流器的设计及其超导应用仿真研究[D]. 游虎.电子科技大学2017
• [7].固态短路限流器的控制研究[D]. 李洪凤.天津大学2005
• [8].新型直流固态限流器的研究[D]. 李红波.华中科技大学2008
• [9].基于磁控电抗器的故障限流器的研究[D]. 程鹏.东北电力大学2010
• [10].基于快速开关的节能型故障限流器关键技术研究[D]. 吴晓腾.华北电力大学2015

相关论文

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• [3].经济型故障限流器研究[D]. 徐亮.山东大学2007
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• [5].超导故障限流器（SFCL）在电力系统中的应用与仿真研究[D]. 刘富永.天津理工大学2007
• [6].改善系统稳定性的故障限流器的控制策略研究[D]. 袁清芳.四川大学2004
• [7].固态短路限流器的控制研究[D]. 李洪凤.天津大学2005
• [8].带串联补偿故障限流器的仿真和实验研究[D]. 曾琦.四川大学2003
• [9].短路限流技术在电力系统中的应用研究[D]. 章剑峰.浙江大学2004
• [10].固态故障限流器对电力系统运行影响的研究[D]. 郝志杰.浙江大学2004

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