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超导故障限流器(SFCL)是利用超导材料制作的具有革新意义的故障电流限制装置,在当今电网容量日益扩大、短路电流值不断提升的情况下,集检测、触发和限流于一体且具有自恢复功能的SFCL能有效限制电网的短路容量,降低电网对变压器、断路器、传感器等电气设备的设计容量要求,节约投资成本,提高电力系统的安全、可靠性及供电质量。
本文首先概述了现有的限流技术,回顾了国内外SFCL的研究历程,介绍了SFCL在电力系统中的安装地点,对各种结构的SFCL进行分类并比较各自的优缺点,重点分析了电阻型SFCL、桥路型SFCL的数学模型,在此基础上提出了混合型SFCL以及阻抗复合型SFCL的概念,以MATLAB/SIMULINK和Pspice软件为平台对典型电路进行了理论仿真,分析验证了SFCL的稳态和动态过程。
本文接着介绍了自行开发研制的一套用于测试SFCL的5V/80A短路实验系统,包括短路实验平台和数据监控系统,详细介绍了整个系统的硬件设计过程,包括保护设备、主开关元件、升流设备、传感器、微机控制器的选型以及调理电路、开关驱动信号产生电路的设计,并用Multisim10软件进行仿真,验证了硬件系统设计思路的正确性。在此硬件结构的基础上设计了基于CCS和VB开发调试环境的数据采集与监控系统,包括了A/D转换模块、串口通信模块以及人机交互模块。
最后,利用上述短路实验系统对5V/80A超导故障限流器经行了短路实验,实验结果表明该系统能很好的满足测试SFCL限流能力的要求。