应用于柔性直流输电系统的饱和铁芯型故障限流器研究

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1、应用于柔性直流输电系统的饱和铁芯型故障限流器研究ResearchontheApplicationofSaturatedIron-CoreFaultCurrentLimitersintheVSC-HVDCSystem学科专业：电气工程作者姓名：荆方杰指导教师：李博通副教授天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十一月摘要柔性直流输电(VSC-HVDC)技术在新能源并网、异步交流电网的互联以及城市电网供电等诸多领域得到了广泛的应用，然而峰值高、上升速度快的直流侧故障电流难以实现快速清除，极易造成换流器内部元件损坏，严重威胁系统运行的安全性。故障限流器(FCL)可对柔性直

2、流输电系统故障电流的上升率和峰值进行有效抑制，避免设备损坏，在提高柔性直流系统安全性方面具有不可替代的作用。论文主要研究饱和铁芯型故障限流器(SI-FCL)在柔性直流系统中的应用以及其与直流断路器的配合问题。首先分析了被动式饱和铁芯型故障限流器在柔性直流系统中的限流性能及其等效电感的计算方法。以典型的两电平VSC型直流输电系统的极间短路故障为研究重点，分析了限流器作用下故障电流以及电容电压与限流器参数之间的关系。研究了主动式饱和铁芯型故障限流器在柔性直流系统中的限流原理，据对故障限流器电磁特性的分析，给出了计及励磁电源回路影响的限流器暂态模型，基于该模型给出了柔性直流

3、系统的故障暂态过程状态方程以及其数值求解方法，分析了用于保护励磁线圈的避雷器保护电压参数对故障限流器限流特性的影响。对饱和铁芯型故障限流器与直流断路器在柔性直流系统中的参数匹配问题进行了的研究，分析了满足断路器开断要求的限流器参数约束条件。对限流器与断路器综合作用下的故障电流清除过程进行了分析，提出了限流器以及断路器的简化等值模型，并给出了计算直流侧故障电流清除时间的计算方法。本文对适用于柔性直流系统的被动式以及主动式两种饱和铁芯型故障限流器的拓扑结构以及工作原理进行了分析，并重点研究了其在故障暂态过程中的限流性能以及与断路器的参数协调问题。关键词：柔性直流系统，电磁

4、特性，饱和铁芯型故障限流器，故障分析，短路故障IABSTRACTThehigh-voltagedirect-currenttransmissionbasedonvoltagesourceconverter(VSC-HVDC)hasbeenwidelyusedinmanyfieldssuchasrenewableenergyintegretion,asynchronousACpowergridsconnectionandpowersupplyofurbangrids.However,theDCsidefaultcurrenthasthecharacteristicsof

5、highpeakvalueandfastrisingspeed.Largefaultcurrent,whichseriouslythreatensthesafetyoftheVSC-HVDCsystem,caneasilydamageconvertercomponents,yetisdifficulttoeliminateimmediately.Inthiscontext,thefaultcurrentlimiter(FCL)isintroducedtolimitthefaultcurrenttoarelativelylowlevel.Withexcellentcur

6、rent-limitingability,theFCLcanavoidthedamagetoequipmentandplaysanirreplaceableroleinenhancingthesecurityoftheVSC-HVDCsystem.Thispapermainlystudiestheapplicationofthesaturatediron-corefaultcurrentlimiter(SI-FCL)inVSC-HVDCsystemsandthecooperationbetweentheSI-FCLandDCcircuitbreaker.Firstly

7、,thecurrent-limitingperformanceofpassiveSI-FCLsintheVSC-HVDCsystemisanalyzed,andthecalculationmethodoftheequivalentinductancealsoisgiven.Takingthetypicaltwo-levelVSC-HVDCtransmissionsystemasanexample,themaximumcurrentandthedropvelocityofDCcapacitorvoltagearepresentedaccordingto