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改进电阻型高温超导限流器在含光伏的电力系统应用研究

摘要

随着社会发展对能源需求的日益增长和化石能源的枯竭,化石能源引起环境污染问题也日趋严重。太阳能储备大,分布范围广,且是一种清洁无污染的新能源,太阳能作为当今最理想环保的能源之一,已经得到人类越来越广泛的应用。随着光伏接入电网容量不断增加,电力系统中短路电流不断增大,对电力设备产生巨大威害,甚至威胁人身安全。为使短路电流值限制在开关设备的额定范围内,出现许多限制故障电流的电力设备,含光伏的电力系统最好的是电阻型超导故障电流限流器。电阻型SCFCL结构简单、触发快,系统正常运行时电阻型SCFCL 对其无影响;若发生短路故障时电阻型SCFCL的电阻将迅速增大,限制短路电流。电阻型SCFCL能够检测、迅速触发及限流,具有自恢复功能。电阻型SCFCL 能有效限制短路电流,而且可以提高电网供电质量。

本文首先介绍光伏发电系统的基本原理及其各主要系统元件的特性;阐述太阳能电池的基本工作原理;比较各种MPPT算法;分析逆变器结构及工作原理;然后综述超导体的基本特性和电性机理,通过分析SCFCL的不同样机结构,了解它们各自的特点和工作原理。基于含光伏发电系统的电网对SCFCL的要求,最后重点研究改进电阻型SCFCL的基本工作原理与限流特性。

本文对利用电阻型SCFCL进行限流的三电平逆变器光伏发电系统,利用Matlab/Simulink进行仿真研究。当在负载端出现各种短路故障时,将限流器分别置于光伏端B1处、负载端B2处和电网端B3处,分别得到光伏端B1处、负载端B2处和电网端B3处限流前后的电压和电流值,当限流器置于光伏端B1处时,没有出现限流现象,这是因为光伏系统相当于一个电流源,其电流大小基本取决于光照强度,与电力系统短路与否无关,因而其电流基本接近于恒定,因而在光伏端放置限流器,不可限流。在负载端放置限流器限流效果最佳,因为限流器离故障点越近,限流效果越好。当限流器置于电网端时,有限流效果,但没有负载端明显,因为限流器离故障点较远,因而限流效果较差。

本文通过仿真研究表明,电阻型限流器安装在适当的位置可以有效限制短路故障电流,可以有很好的限流效果。提高含光伏的电力系统的稳定性,改善电网的电能质量。

关键词:改进电阻型高温超导限流器;MPPT;光伏发电系统;短路故障

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