新型多功能固态故障限流器的研究

随着电网的快速建设和发展，电力系统短路容量不断增大，严重制约了电网的进一步建设和发展，必须采取有效措施限制系统短路电流，减小短路故障对电力系统的危害。安装短路故障限流器是一种十分有效的限流措施，近年来倍受关注。尤其是固态故障限流器，随着电力电子技术的进步成为国内外研究的热点之一。但是，由于系统发生故障的概率很小，固态限流器长期处于闲置状态，设备利用率不高，经济性不好。所以需要研究具有多种功能的固态限流器以提高设备利用率，改善经济性。而电能质量问题也是影响系统高效可靠运行的严重威胁之一，需要采取有效措施进行治理。因此本文研究一种具有电能质量治理和故障限流功能的新型多功能固态限流器(MSSFCL)，在系统正常运行时用于改善电能质量，在系统发生短路故障时则可限制短路电流。 （1）本文首先通过对比典型固态限流器和典型电能质量治理装置的异同，并结合对现有多功能固态限流器的分析，总结了新型多功能固态限流器研究需要解决的问题。在此基础上提出了单相新型多功能固态限流器的拓扑结构，详细阐述了拓扑结构的设计思路。然后提出了适用于中性点不接地和直接接地三相系统的三相MSSFCL拓扑结构，并分析了其具体工作原理。 （2）然后，对MSSFCL的综合控制策略进行了研究，针对电能质量治理和故障限流的复合控制，提出了一种基于状态判断的复合控制方法，能根据系统的运行状态控制MSSFCL的工作模式，即在系统正常时工作在电能质量治理模式，在系统故障时工作在故障限流模式。研究了电压跌落、谐波电压等电能质量问题的复合补偿技术，提出了一种基于补偿能力优化的电压跌落指令计算方法。另外，本文还提出了一种适用于MSSFCL的系统状态快速检测方法。 （3）最后，针对特定电压等级及负载容量的系统环境，分析了MSSFCL的主电路参数设计方法，并利用设计得到的具体参数值对MSSFCL在中性点不接地和直接接地系统中的运行效果进行了仿真研究。仿真结果表明MSSFCL能够有效实现对电能质量问题的治理和对短路电流的限制，验证了MSSFCL系统的有效性和本文理论研究的正确性。