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一种新型短路电流限制器的设计与研究

作　者: 刘克东
导　师: 李晓明
学　校: 山东大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 饱和铁芯型限流器 短路电流 铁芯结构 直流控制回路 优化设计
分类号: TM471
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着电网规模的扩大和互联程度的提高,发生故障后短路电流将急剧增大,对电网的安全稳定运行造成威胁,因此采取必要的限流措施势在必行。故障限流器(Fault current limiter-FCL)在限流原理上具有优良的特性,应用前景广泛,已成为电力系统领域的主要研究热点之一。本文提出了一种新型饱和铁芯型短路电流限制器的拓扑结构,对其进行了理论分析与设计,并进行了实验研究。主要工作如下：首先介绍了限流器的发展及研究现状。在分析饱和铁芯型短路电流限制器的限流原理及对现今研究较多的超导饱和铁芯型和永磁饱和铁芯型限流器研究的基础之上,提出了一种新型饱和铁芯型短路电流限制器的拓扑结构,分析了其工作原理并建立了数学模型,并就其在电网中应用的相关问题进行了分析。对提出的新型拓扑结构短路电流限制器进行了设计研究。主要包括：讨论了限流器铁芯材料的选择,对铁芯的材料性能和结构尺寸进行了研究,并分析了几种三相饱和铁芯的构成；根据饱和铁芯的特性对铁芯参数和物理参数进行了设计；提出了直流控制回路的组成结构,对其特点和应用中的相关问题进行了探讨；给出了新型拓扑限流器的设计步骤,并进行了实例计算；讨论了新型短路电流限制器的改进型方案,对新型限流器的优化设计方案进行了研究。本文应用ATP-EMTP构建了仿真模型,对设计的新型限流器进行了电磁暂态仿真。仿真结果表明,新型短路电流限制器具有良好的限流效果,可以达到设定的限流目标。研制了一台单相220V等级的模型机,对限流器的实际限流效果和直流控制回路性能进行了实验研究,进一步验证了新型限流器原理的可行性和设计方法的正确性。

全文目录


摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第一章 绪论  11-21
  1.1 短路电流限制器的研究意义  11-13
  1.2 短路电流限制器的发展与现状  13-19
    1.2.1 机械开关型限流器  13-14
    1.2.2 超导型限流器  14-16
    1.2.3 电力电子型限流器  16-18
    1.2.4 混合型限流器  18-19
  1.3 本文的研究重点  19-21
第二章 新型饱和铁芯型短路电流限制器理论研究  21-35
  2.1 饱和铁芯型限流器原理概述  21-23
  2.2 饱和铁芯型限流器研究现状  23-26
    2.2.1 超导饱和铁芯型限流器的研究  24-25
    2.2.2 永磁饱和铁芯型限流器的研究  25-26
  2.3 新型饱和铁芯型短路电流限制器原理  26-31
    2.3.1 工作原理  26-27
    2.3.2 基本磁化曲线  27-29
    2.3.3 数学模型  29-31
  2.4 限流器在电网中应用研究  31-34
    2.4.1 限流器的应用价值  31-32
    2.4.2 限流器在电网中的安装位置  32
    2.4.3 装设限流器对电网的影响  32-34
  2.5 本章小结  34-35
第三章 新型饱和铁芯型短路电流限制器的设计  35-63
  3.1 铁芯材料的选择  35-42
    3.1.1 铁芯材料的性能要求  35-37
    3.1.2 铁芯结构的选择  37-40
    3.1.3 三相铁芯构成及绕组结构  40-42
  3.2 新型限流器窗口参数设计  42-46
    3.2.1 主要技术指标  42-43
    3.2.2 饱和铁芯特性研究  43-44
    3.2.3 铁芯物理参数设计  44-46
  3.3 直流控制回路的设计  46-52
    3.3.1 实现原理  46-47
    3.3.2 直流控制回路理论研究  47-51
    3.3.3 直流回路工作波形仿真  51-52
  3.4 设计步骤与实例计算  52-56
    3.4.1 概述  52
    3.4.2 设计步骤及方法  52-55
    3.4.3 实例计算  55-56
  3.5 新型短路电流限制器设计相关问题研究  56-61
    3.5.1 设计改进方案  56-59
    3.5.2 优化设计研究  59-61
  3.6 本章小结  61-63
第四章 短路故障仿真及模型机实验研究  63-77
  4.1 新型短路限流限制器仿真实验  63-68
    4.1.1 仿真实验参数及结果  63-67
    4.1.2 仿真结论  67-68
  4.2 新型短路电流限制器模型机研制及试验研究  68-75
    4.2.1 模型机实验研究目的  68
    4.2.2 模型机结构及试验仪器简介  68-70
    4.2.3 试验任务  70-71
    4.2.4 实验结果及分析  71-75
  4.3 本章小结  75-77
第五章 总结与展望  77-79
  5.1 总结  77
  5.2 课题展望  77-79
参考文献  79-85
致谢  85-87
攻读学位期间发表的学术论文  87-88
学位论文评阅及答辩情况表  88

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 电抗器 > 限流电抗器
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