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电力电子型桥式短路故障限流器的设计

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目录
第一章 绪论 1
1.1 短路限流技术的研究意义 1
1.1.1电力系统的发展 1
1.1.2短路限流技术在电网应用中的重要性 1
1.1.3电力系统中的短路类型 2
1.1.4常规限制短路电流水平的措施 3
1.2 短路限流技术的国内外研究现状 4
1.2.1电力系统对短路故障继电保护的要求 4
1.2.2电力系统对故障限流器FCL的要求 4
1.2.3现有短路故障限流器的简介 5
1.3 本课题的研究内容 8
第二章 短路故障限流器的理论研究 10
2.1 新型固态短路故障限流器的研究分析 10
2.1.1 固态短路故障限流器的工作原理 10
2.1.2 固态短路故障限流器的设计思想 11
2.2新型固态桥式短路故障限流器的研究 12
2.2.1 基于可控硅的桥式短路故障限流器的研究 12
2.2.2 基于全控器件的半控桥式短路故障限流器的研究 13
2.2 本章小结 14
第三章 基于单自关断开关管短路故障限流器的研究 15
3.1 基于单个自关断器件的的半控桥式短路故障限流器研究 15
3.1.1单自关断开关管短路故障限流器的主电路拓扑 15
3.2 参数优化设计 19
3.2.1 基于单自关断器件短路故障限流器的参数优化 19
3.3 控制电路设计 26
3.3.1 信号检测模块 26
3.3.2信号调整模块 27
3.3.3 脉冲发生模块 28
3.3.4 隔离驱动模块 29
3.3.5 控制电路运行原理 31
3.3 本章小结 32
第四章 基于单自关断开关管桥式短路故障限流器的仿真研究 33
4.1单相短路故障限流器仿真研究 33
4.2三相不接地系统短路故障限流器的仿真研究 36
4.2.1 两相短路故障 36
4.2.2 三相短路故障 39
4.3 本章小结 42
第五章 结论 43
致谢 44
参考文献 45


摘要 随着电力电网系统容量以及规模的不断扩大、输配电系统的短路电流不断提高，给电力系统的安全稳定运行埋下重大隐患。短路故障限流器是一种高电压、大功率的电力系统设备。可靠性与经济性是故障限流器的两个非常重要的指标。要提高可靠性和经济性，一方面要求合理的拓扑结构、成熟完善的控制略；另一方面要求电路结构与控制策略尽量的简单，若系统越简单，所使用的器件越少，可靠性就越高，成本越低，经济性越好。因此，优化限流器系统设计，降低系统体积、重量和成本，是短路故障限流器研究工作的关键。
本文在对几种典型的故障限流器进行介绍的基础上，着重对电力电子型桥式短路限流器进行了深入研究，对基于半控开关和自关断器件的故障限流器进行了分析比较，重点介绍了一种基于单个可控开关的具有可调电阻的新型桥式短路故障限流器。
详细介绍了单相和三相不接地系统的主电路拓扑。该限流器通过利用自关断器件的导通与关断的可控性，实现电路中定值电阻的可调，使得直流侧电感也可以参与限流，有效减小了旁路电感的体积。并以此为基础，根据功率器件的工作特点，对限流器中功率器件的参数优化、定值电阻的阻值选取和直流侧电感、旁路电感的参数选择进行了设计。此外，还对其控制策略进行了详细的设计，包括所有短路模式下的短路故障的检测方法，信号的反馈，脉冲的产生以及自关断器件的驱动和与主电路的隔离。为验证新的拓扑结构和控制方法的有效性和可靠性，利用Mtalab仿真软件对单相系统发生单相接地短路和三相不接地系统发生两相短路和三相短路均进行了仿真。

关键词：短路，故障限流器，单自断开关，定值电阻，可调


E- bridge power short circuit fault current limiter
Abstract With the continuous expansion of the power grid system capacity and scale, short-circuit current transmission and distribution system of continuous improvement to the safe and stable operation of the power system a major hidden peril.Short circuit fault current limiter is a high-voltage, high-power electrical system equipment, can effectively limit the short circuit current,and reliable operation of power system protection.
Based on introduction of several typical fault current limiter, focusing on the study of power electronic bridge type fault current limiter,compared the bridge type fault current limiter based on half-controlled switch with the one on the basis of self-turn-offdevice, emphasized on the research based on the self-turn-off device fault currentlimiter,put forward a novel controllable resistor type fault current limiter based on a single controlled switch.
The details of the main circuit topology of single-phase and three-phase ungrounded system is introduced.The restrictor device through the use of self- turn- off and turn-off control , to achieve adjustable resistance value in the circuit , so that the DC side current-limiting inductor can participate effectively reducing the shunt inductor volume. And on this basis , according to the working characteristics of the power devices , the parameters of the flow restrictor in power devices optimized value resistor selection and DC inductance , shunt inductor design parameter selection .In addition, its control strategy in detail design, including all short-circuit short-circuit fault detection mode , the signal feedback pulse generation and self- turn-off device drivers .In order to verify the validity and reliability of the new topologies and control methods , using Mtalab simulation software for single-phase system of single phase and three-phase short circuit occurs ungrounded three-phase short two-phase short-circuit and are simulated.

Keywords fault current limiter, short circuit, the singleself turn-off switch,the solid-resistance, controlable