1、华北电力大学（北京）硕士学位论文低压电网多目标控制短路电流限制器的研究姓名：韩俊彪申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：尹忠东20080109华北电力人学硕学位论文摘要本课题研究的新型是技术的一种，是一个 综合应用技术，通 过在线路中注入一定幅值，相位的电压来控制系统中的电压、电流，可以解决电力系统方面的很多问题。论文主要实现了在不同系统故障条件下，的多目 标控制算法，并为物理模型的研发提供优化的拓扑结构及参数。主要工作如下：详细的介绍了当前故障限流器的研究现状以及课题的目的和意义；研究了课题提出的多目标控制的基本结构，工作原理及 补偿方式；对装置的控制方法和 补偿策略进行了分析
2、，并对各种控制方法进行比较，建立了单相的系统模型，并对仿真结果进行了分析；对装置的能量控制环节进行了分析，并对提出的控制方案进行了验证；最后，对所研究的新型限流方式和多目标控制方式在今后的应用进行了展望。关键词：短路电流串联补偿变流器多目标控制，：，；，；，；：，华北电力人学硕学位论文摘要本课题研究的新型是技术的一种，是一个 综合应用技术，通 过在线路中注入一定幅值，相位的电压来控制系统中的电压、电流，可以解决电力系统方面的很多问题。论文主要实现了在不同系统故障条件下，的多目 标控制算法，并为物理模型的研发提供优化的拓扑结构及参数。主要工作如下：详细的介绍了当前故障限流器的研究现状以及课题的目
3、的和意义；研究了课题提出的多目标控制的基本结构，工作原理及 补偿方式；对装置的控制方法和 补偿策略进行了分析，并对各种控制方法进行比较，建立了单相的系统模型，并对仿真结果进行了分析；对装置的能量控制环节进行了分析，并对提出的控制方案进行了验证；最后，对所研究的新型限流方式和多目标控制方式在今后的应用进行了展望。关键词：短路电流串联补偿变流器多目标控制，：，；，；，；：，士明明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文低压电网多目标控制短路电流限制器的研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他
4、人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：碧降屠日关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。（涉密的学位论文在解密后遵守此规定）作者签名：剑垒
5、丝期：竺！：三：！甲导师签名：日期：华北电力大学硕学位论文第一章绪论选题背景、所谓短路故障，就是电力系统相与相或相与地之间的绝缘被破坏而构成通路。造成短路故障的原因主要有：各种形式的过电压，如遭到雷击；绝缘材料的自然老化、脏污；自接机械损伤；运行人员误操作，如 带负荷拉刀闸、 线路检修后未拆地线加电压等：鸟兽跨接在裸露的载流部分：风、雪、冰雹等自然现象。电力系统短路故障的基本表现为电流的剧烈增加和系统电压的大幅度下降。例如，发电机出线端处三相短路时， 电流最大瞬时值能高达额定电流的倍，短路点电压降至零短路点及其附近各点的电压明显降低。短路故障对电力系统造成严重的负面影响，主要有下列几个方面【】
6、）短路点的电弧有可能烧坏电气设备：很大的短路电流通过设备，会使发热增加，当短路持续时间较长时，也可能使 设备过热而损坏；）短路电流 产生的电动力，会引起导体间很大的机械应力，可能会对导体及其支撑造成破坏，如变压器绕组变形，巨大的 电流通过导体时， 还会使导体大量发热甚至融化；）不对 称接地短路所造成的不平衡电流，将产生零序不平衡磁通，在邻近的平行线路（如通信线路、铁道信号线路等）内感应出很大的电动势，造成对通信的）干扰，并危及设备和人身安全；）系统电压短时大幅度下降，即电压跌落， 产生电能质 量问题。 对于异步电动机负荷，其电磁转矩同端电压平方成正比， 电压下降时， 电磁转矩显著降低，会导致电
7、动机停转，造成产品报废及设备损坏的严重后果；）短路故障有可能使并列运行的发电机失去同步，破坏电力系统稳定运行，引起大面积停电，这是短路故障最严重的后果；）短路电流很大 时，造成断路器开断困难。目前新出现的高科技企业，如半导体企业， 对电压质量的要求非常严格，所以必须找到一种行之有效的方法来限制短路电流。为了限制短路电流水平，减小短路因其而导致电压跌落，常规限制短路电流水平的措施主要从电网结构、系统运行方式和设备个方面考 虑【。（） 电网结构方面，往往采取高一级电压或采用直流联网等均可控制系统短路电流水平：（）系 统运行方式方面：对具有大容量机组的发电厂采用单元接线。对环形供电网络可以在环网中穿
8、越功率最小处开环运行。对具有双回线路，在负荷允许条件下可以按单回路运行。在降压变压所中可采用多母线分裂运行或母线分段运行；（）在设备上采华北电力人学硕士学何论文取措施：相应的增大断路等设备的容量。对于低压电网来说，一味提高断路器的开断能力会大大增加成本，增加设备投入。即使断路器能切断故障线路，仍将使 电机、 电缆和开关和以及用 电设备等受到巨大的热和机械应力而有损坏的危险；此外，传统的机械断路器相应速度慢，切断短路电流通常需要两个或两个以上的周期，而且体积大、价格昂贵，由于 产生的电弧易烧损电触头，需要经常维修或更换，因此，今年来国内外都致力于研制现代化的故障限流器（）以限制短路电流【埔】。快
9、速故障限流器和断路器的配合使用能够缩短故障切除时间，并将短路容量控制在断路器的瞬时容量和切断容量以内，从而延长了断路器和变压器的使用寿命，为用户带来显著的经济效益。而且电压降落通常由配电系统中故障电流引起，故障期间的电压决定于故障点与用户之间的电气距离，而电压下降的持续时间决定于保护的故障切除时间，就辐射状的配电系统而言，从一条母线发出多条溃线，如果在母线连接端以及每条馈线上都安装限流器，由短路引起的母线电压跌落就会受到限制【。因此，只要限流器的动作足够快，非故障馈线上的负荷就不会明显受到电压跌落的影响。因此，只要限流器的动作足够快，非故障馈线上的负荷就不会明显受到电压跌落的影响。短路电流限制
10、器（）是现代电力系统中的重要装置，在正常负载情况下，所呈 现的是低阻抗， 发生短路时，动作保护就会呈现出大的阻抗以限制短路电流。它具有如下优点：（）可直接减 轻断路器的开断负担。（）减小线路的 电压损耗和 发电机的失步概率，系 统的功角稳定、电压稳定和频率稳定都能得到有效的改善。（）目前输电线路的实际输送能力均在稳定极限以下，如果限流器能在短路电流达到峰值之前就发挥作用，大多数设备在设计和选型时所要求的热动稳定极限就可降低，从而大大提高输电线路的利用率，降低整个电网的投资。（）高压电 网短路电流水平的限制有利于架设在高压电力线路附近的通信线路和铁道信号系统的工作。正因如此，被认为是世纪电力系统
11、主要研究方向之一引，电力研究院（）更是在年其成立不久就前瞻性的将故障限流器的研究与应用作为研究和发展（）的首要项目之一。无独有偶，七十年代以来，美国许多大系统的联网，使电力系统向更高电压和更大发电机组的方向发展，虽然已证明这些互联网系统是可靠而经济的，但是，从运行方法来看，也遇到了一些问题，并增加了维持系统稳定的困难钔。针对这些问题，（）的（）组建了（）以寻求维持并提高系统稳定性的可行而使用的新方法，其中就有采用短路电流限制器以期能替换系统负荷，在故障期间增加发电机的功率输出，提高系统稳定性。随着电力电子技术、超 导技术、 计算机技术、新材料技 术的空前发展，各种限华北电力大学硕学位论文流技术
12、层出不穷。电力电子型基本原理是利用晶闸管的快速通断来替代传统的切换开关来完成阻抗的快速切换，从而快速限制短路电流。它具有控制迅速灵活、允许动作次数多，成本低、体积小等 优点，因此具有很高的 实用性，在 电力系统中有着广阔的应用前景。所以对这类型的进行研究具有很 强的现实意义。国内外研究动态国内外研究情况年代以来，国际上就有人提出短路电流限制器的概念。年代初期，不断有人对此进行研究，提出了不同原理和类型的限流器。这可视为发展的第一阶段，这一阶段的特点是使用机械开关，其主要技 术是针对灭弧问题，但由于这些装置几乎都存在技术或经济性能的缺陷，如成本高、速度慢、难以限制短路电流峰值等，因而未能在电力系
13、统中得到实际应用。但是这一阶段的研究工作积累了大量的理论经验，使人们对短路电流限制器的设计要求有了具体而清晰的设计要求【】。（）正常运行时对 系统无不良影响且 损耗小；（）快速响应，故障 时能在内动作，可限制短路电流峰值及稳态值到安全水平；（）动作时不造成 过电压和 过电流， 谐波小；（）故障后自动 复位；（）不影响继电 保护的工作，所限制的系统短路电流不要超过后面保护设备的瞬时和切断等级；一（）能够进行多次操作，使用寿命较长；（）成本较低，能为电力部门所接受。为了达到以上要求，年代中后期，由于原有技术的发展及新技术的出现，研究者又提出了一系列新型的，对它们进行调查后，将这一阶段的主要分为两大
14、类：一类是一次性设备（），如限流熔断器等；另一类是可重复操作的设备（），如真空、半导体、超 导体类的限流器和采用非线性元件在故障发生时增加阻抗以限流的限流器等。实际上，根据这些限流器所采用的技术，它们可以细分为以下几类【】：一、自愈合熔丝型基于对热处理进行的广泛的分析，研究者对自愈合熔丝进行了实验，用以判定在短路期间，采用自愈合熔丝的限流方案时， 设备是否可以经受住短路电流的考验。实验证明，这种方案在限流方面是可行的， 该限流器可以将短路电流降至原来的以下，但是由于气化所释放的等离子体具有腐蚀性，它会严重腐蚀内部，华北电力大学硕十学位论文因此装置的动作次数受到很大程度的限制，大概在 次左右，因
15、此，可以认为将该类投入 实际使用尚需进一步的研究【。二、采用电力电子器件控制线路阻抗的故障限流器电力电子器件是柔性交流输电系统的基础元件。采用电力电子期间限流的方案也比较多，总 的原理是利用电子期间的可控性和快速性，使正常工作时处于串联谐振（阻抗）状态下的电感（）电路在短路故障时脱谐，或使正常工作下处于非谐振状态下的电路在短路故障时进入并联谐振（导纳），从而使线路的阻抗增大而得到限制短路电流的目的。图就是一个用晶闸管控制的谐振电路）在正常工作时，和均不通 过电流，而当短路 发生时，会在几毫秒内快速触发这些电力电子元件，使线路阻抗增大，达到限流的目的。图谐振型故障限流器三、固态故障限流器在年日本
16、提出了固态故障限流器的设计方案【，原因为：传统过流保护系统由断路器和过流延时（）组成，从短路 发生到断路器 动作，时间较长，这将会使线路的电压降低或功率输送间断，影响输送电能的质量，为减小保护动作的时间，提高电能传输质量，限制短路电流，提出了固 态限流器 设计方案，由于相应速度快，通常从控制装置发生信号到动作相应只需，控制装置检测到故障电流发出开通信号给，限流电阻串入主电路，限制故障电流，这样整个系统的故障电流被限制在一定范围内，从而提高了系统的传输能力。四、利用放电间隙法的故障电流限制器该方法实际上也是利用谐振和非谐振两种状态下阻抗值的变化而达到限制短路电流的目的。它的基本原理与电力电子器件
17、实现的是一样的，只不 过它的控制元件由间隙放电替代了电力电子器件。从给间隙发出点火放电信号到间隙完全导通所需的时间是微秒级图 为其原理图【。正常工作时由和组成的电路处于串联谐振状态，间隙击穿成为导电状态，当 发生短路的故障 时， 则在几个毫秒内点火电路使得这时投入限流工作。 为过电压 保护器件。华北电力大学硕士学位论文图一放电司隙限流器五、串联补偿故障限流器年在日本提出了带串联补偿的故障限流器，图给出了带串联补偿的的原理图【。正常运行时，关断，电容与电感串联呈容性，它可以补偿输电线路的串联感抗及无功功率。在故障发生时，迅速导通短接电容器，此时电抗器限制短路电流：图中，低值阻抗限制冲击电流；与电
18、容器并联的过电压保护器件和旁路开关，用以保护开关和电容器，低值阻抗不仅可以限制冲击电 流，而且所 储存的电能通过释放。可以采用晶闸管固态开关，也可采用真空触发间隙或用高速斥力机构操动的合闸开关。真空间隙的点火时间为之内。这种限制器的特点是，正常运行时，相当于常规串补，提高了系统的传输能力和稳定性，同时也提高了限流器的使用率。图一串联补偿型限流器六、采用正温度系数聚合材料的限流器年左右，瑞士研究协会提出采用具有正温度系数（）的聚合材料作为限制器的基本组成部份，这种设备在故障电流流过时能快速增大自身阻值来限制和切断故障电流，通常其阻值可提高到个数量 级。由电阻并联限压器构成的限流器，其阻值具有随温
19、度升高而增大的特点。在正常运行状态下，呈现低阻值，额定电流全部通过 电阻，此时 电阻上的功率损耗很低；当出现故障，电流大于 临界电流值时，引起温度升高，的阻值迅速增大，从而限制故障电流【。但这种设备也存在一些缺点：（）限制和切断故障电流的时间是毫秒级；（）电 阻比较 容易受外界因素的影响：（）对于限制较高数值的电流，效果比较明显，而对限制低值电流效果不佳。华北电力人学硕士学位论文七、限流分裂电抗器分裂电抗器是一个感应线圈，它的绕组是由同轴的线匝和绕向均相同的两个分段组成。一个分段的末端与另一分段的始端相连，在使用时，中 间两段连接处接电源，首、末端子接负载。正常运行时，两段（两臂）电流方向相反
20、，而两臂绕向相同，山于互感的影响，每臂的有效电感很小， 压降不大。当一臂所接 线路发生短路故障时，电流将急剧增大，而另一臂的电流却不大， 对短路臂的互感影响可以忽略，短路臂的有效电感很大，从而限制短路电流。 【】。八、无损耗电阻器型无损耗电阻型（）拓扑如图所示。该限流器由个和流二极管元件组成，其电阻值由电感或电容模拟。图无损耗式电阻型通过技术控制开关 频率来桥路的“等效电阻 ”，工作过程中不会产生功和焦耳热量，当发生故障时可迅速有效的控制电流的峰值和稳态值。但是调制频率置开关 损耗大，并会产生一定的谐波电流。九、变压器型（）普通型主要有超导二次侧绕组短路的变压器型和四 绕组变压 器型两种。由一
21、次侧绕组、短路的超导二次侧绕组和铁心组成。正常运行期间， 变压器因二次侧短路表现出低阻抗。当故障发生时，二次 侧因感应电流超过其临界电流而失超，使变压器阻抗增大，从而限制了故障电流。四 绕组变压器型是原二次侧都有各自并联的主绕组和辅助绕组的超导变压器，原理类似。目前此类还处于初期研究阶段。【】（）混合型由可变耦合磁路的变压器和无感绕制的超导线圈组成，变压器原二次侧绕组反绕。正常运行期间，磁路不饱和，原二次侧绕组问的耦合非常好，装黄阻抗非常小。华北电力大学硕十学位论文当线路发生故障时，二次侧绕组电流增大，超 导线圈因电流达到临界电流而失超使整个变压器阻抗增大，从而限制了故障电流。十、磁通型（）磁
22、屏蔽型由外层的铜线圈、中间的超导层和内侧的铁心或空心电抗器组成，铜线圈接入电网。正常运行时，超导线圈感应磁通可抵消（屏蔽）铜线圈产生的磁通，整个装置呈现很小的电抗值。当电流超过一定值后，超 导线圈失超，磁屏蔽作用消失，呈现较大阻抗而限流。此类所需高温超导材料用量较少，所以热负荷较小，但体积较大，且限流期间会产生瞬态过电压。（）饱和铁心电 抗器型结构为“日字型铁心电抗器，双交流线圈置于铁心一端磁轭上极性相反地串联，双超导线圈置于铁心另一端磁轭上并加直流偏压。正常情况下，调节直流偏压使铁心饱和，电抗器呈低电感。电网故障时，随着交流 电流增大，短路电流使两个铁心在一周期内交替地失去饱和，装置阻抗变大
23、从而限制故障电流。由于正常运行期间铁心处于饱和状态，故有显著的漏磁场，限流期 间会产生较大的电压谐波。（）三相电抗器型三相电抗器型由绕在铁心上的三个匝数相同的超导绕组组成。正常运行时，三相电流平衡，铁心中无磁通变化，装置表 现出很小的阻抗。当发生单线对地故障时，三相电流失衡，电抗变得非常大，故障 电流被的大的零相序电抗所限制。十一、超导故障限流器超导故障限流器（或，）是近年来发展起来的限制短路电流的新技术，它具有多种结构类。一般是利用超导体的超导正常态转变特性，由零电阻迅速转变为高阻值，从而降低系统的短路电流，也可利用迈斯纳效性（抗磁性）制成限流器，这种限流器由外侧初级常规一导体绕组、中间次级
24、超导空心圆筒和内层铁芯等同心装配组成眨。正常运行时，超导筒处于超导态，从而屏蔽初级绕组产生的磁通装置的阻抗仅由初级绕组和超导屏蔽筒间的气隙漏磁所确定，因而阻抗很小，当发生短路故障时，超导筒因感应电流很大而转变为正常态，使其不能屏蔽初级绕组的磁通， 实际上成为具有铁芯的绕组，从而限制短路电流。超导故障限流器动作时间快，大约几十微秒，可将故障电流限制在系统的额定电流的两倍以内，并可降低回路的过电压，它集检测、转换和限流于一体，是一种理想的电力系统故障限流装置。但是，由于超导设备的低导电密度的限制，它 们很少用于高电压、大电流的电路中。经分析【，为了满足正常导电和短路电流限制的要求，超导体需要具备两
25、个一华北电力大学硕十学位论文条件；第一，正常情况下，它的电阻在欧左右；第二，在大于特斯拉的电磁场中导电能力达到一万安培。而目前，超导体的导电密度为平方厘米，与实际要求（平方厘米）相差四个数量级，因此，虽然这种超导体有很大的发展前景，但是高温超导设备技术目前离应用还有很大的差距。工程应用情况：国外情况为了限制故障电流，早在多年前，美国 电力研究院（）就开始研究和开发故障电流限制器。从研究情况来看，这种设备可分为两大类：第类是在电力线路上使用串联感应电抗，即利用感应电抗来限制短路电流。其缺点是设备体积庞大，投资费用和操作费用高。第类是在电力线路上串联常闭并联旁路丌关的限流电阻，故障时打开旁路开关，
26、故障电流即被转移到限流电阻上。这种方法包括：通过磁场或其它有并联电阻的高压断路器控制不稳定真空电弧，采用有并联电阻及熔断元件的并联开关装置，以及驱动导体进入正常阻抗状态。由于对检测时间和断路器动作时间有要求，所以这种方法的许多缺点都与断路器动作困难、反应时间长有关。世纪年代初推出固态限流器方案后，国外在这方面的研究取得巨大进展。年初，在美国新泽西州的的交流馈电线路上安装了一个由反并联构成的的固态断路器，平均工作电流为，在发生短路故障的时间内切断故障，起到有效的保 护作用。西屋公司与合作，制造出一台短路限流器（，与固态断路器组合），于年月安装在的变电站，投入运行。日本东北电力公司及日立公司研制了
27、（）的试验装置，并进行了试验。在 实验试验装置中开关放在密闭的容器中，采用流体自循环冷却系统。通过试验发现的 动作十分迅速。在电流为、电压、通过功率为的情况下，及二极管的损耗不大于通过功率的，表明采用自循环冷却系统完全可行。对于混合限流器，日本富士电机与关西电力公司联合开发的配电用混合式限流分断装置，由真空开关和并联构成。最近两年来，一方面，主要完善前面的几种固态限流器，使之满足工业现场运行更加实用化、商 业化的需要；另一方面，更多工作的均放在具有多种功能的限流器研究上，大部分研究倾向于将串联无功补偿和限流功能集于一身。国内情况我国在固态限流器方面研究比国外起步晚，但也初步取得了一定成果。华东
28、冶金学院的无损耗电阻器（）式短路限流器研究取得一定进展并获得冀华北电力大学硕十学位论文国家专利。华中科技大学研究的基于串联补偿作用的限流器拓扑结构为真空触发间隙或用高速斥力机构操作的合闸开关，真空间隙的点火时间为，用高速斥力机构操作的合闸开关的动作时间为之内，都是快速动作的，且成本不是很高，具有一定的研究意义。具有串联补偿功能的新型短路限流器既能控制补偿度又能控制故障限流程度。浙江大学对新型固态短路限流技术的研究工作起步于年，已对适应于交流系统的限流技术进行了较为深入的研究，目前交流系统限流保护技术已完成了实验室的研究工作，不仅进行了大量的仿真研究，也进行了各种工况下实验室样机的小容量实验，取
29、得了满意的结果。根据目前已 获得的研究成果，和国家相关部 门合作，正在开发工业试验样机，并已经取得重大进展。选题意义目前的许多短路电流限制设备都是针对高压输电系统中对线路故障电流进行限制的，而低压配电网中的故障限制器鲜有人研究，低压配电网与用户设备安全息息相关，配电网中的短路电流造成的危害也是显而易见的，除了前文中提出的危害以外，短路故障造成的影响会迅速的反映在用电设备上，短路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备可能过热以致损坏。 虽然以上各种对低压系统短路电流限制也很有借鉴意义，但是一种专门针对于低压电网的的研究是十分必要的。另外，本课题提出的这种新型的由于其拓扑 结 构和控制方法的
30、特性，能够大大的节约成本，减小使用多种装置而带来的占地面积过大，检修维护麻烦等问题，其不仅具备了短路电流限制的功能，而且还可以实现动态电压恢复，有源滤波， 节能等功能，实际上是一种综合、功能于一体的多目标控制电压质量调节器。一选题研究内容本文提出一种新型短路电流限制器的思路，即利用一种拓扑结构，通过控制方法的改变，根据不同情况，向系 统中注入需要的电压， 进而同时实现动态电压恢复器，有源滤波器，短路电流限制器的多重功效。主要采用数字仿真的方法，结合一定的试验支持。仿真软件采用，研究动、静态装置特性；实现不同系统故障条件下，的多目 标控制算法，并 为物理模型的研发提供优化的拓扑结构及参数。华北电
31、力人学硕士学位论文第二章多目标控制主 电路的研究本文提出的多目标控制其工作原理的等效电路如图所示：）系统正常时）系统发生短路时图采用注入电压的来限制短路电流的等效模型图（）为系统正常时的等效模型，（）为系统发生短路时的等效模型，图中为 系统电压，为系统的注入电压，为线路阻抗， 为负载阻抗，系 统正常下，线路电流幅值（。），当系统发生短路电流时，系统的电流幅值泵升为，此时由于线路的阻抗很小，系 统电压均降落在上，通常会有额定电流的十几倍甚至几十倍，这对线路的损害是相当大的。而注入补偿电压后， 线路阻抗不变，而此时的短路电压为，即与的向量和，短路 电流即减小为，通过改变的大小，即根据 线路原有的断
32、路器开断容量的 电流限值对输出电压进行控制，即可达到短路电流限制的目的。引言本文所要研究的多目标控制主电路是一种典型的串联型电能质量调节装置，将其串联 到系统和用户设备之间，当 检测到供电电压出现问题时，产生补偿电压以保证用户的电压质量。由于与动态电压恢复器（）同属串联型补偿装置，所以在电路拓扑上有很大的相似性。其电路拓扑结构如下图所示。主功率回路系统由储能装置（能量源）、能量接口、直流电容器、逆变器、滤波器及串接耦合砜华北电力人学硕十学位论文器组成。储能装置提供补偿时所需要的有功功率，而能量接口的作用是将储能装置中的能量取出。控制单元完成信息的采集、处理、运算及 驱动脉冲的产生。保 护回路则
33、实现系统短路或过负荷情况下对多目标控制回路的保护。系统铡负麓铡图多目标控制装置 电路结构示意图主电路结构形式主电路能量源（）利用储能装置主电路的不同，首先体现在能量单元的不同，主要分 为利用储能装置和使用整流单元从电网汲取能量两种。一一利用大电容储能。当系统未发生电压暂降时，系 统通 过逆变器给电容器充电，当充电到一定数值时，装置从系统中切除；当系统发生电压暂降时，逆 变器向系统输出功率，在电容电压跌落到一定数值前，可以基本维持用户电压不变。 储能电容器的容量决定了多目标控制在故障期间可以提供的能量。其设计参数与系统容量以及补偿要求有关。随着超级电容的出现， 这种储能方式的应用前景十分广阔。二
34、。电池储能。采用这种方式可以在储能单元之前向系统并联接入变换器，从而起到充电器的作用，又可以采用电流控制方式补偿系统的电流谐波和无功电流，起到的作用。这种储能方式目前也有相应的应用实例。三其他储能方式。包括超导储能（）， 飞轮储能等等，飞轮储能的主要组成部分是飞轮、轴承等。关键部分是轴承，摩擦小的 轴 承才能使飞轮储能效率高。现有的电磁轴承摩擦小、寿命长，但是用来 稳定和定位飞轮的控制系统较复杂。与华北电力人学硕士学位论文其他储能形式相比，飞轮储能效率高、寿命 长、没有 污染、可以地下安装【。超导储能是一种新型的储能方式。具有能量密度大、转换效率高、可四象限运行、冲放电快等优点。应用的突出 问
35、题是成本较高，随着对超导储能的不断深入的研究，其成本将会大幅度下降，其应用前景是十分广阔的。（）利用整流方式（）并联侧输入取自 电网侧电源（）并联侧输入取自负载侧图采用二极管整流桥为直流电源的主电路图灸载（）并联侧输入取自电网侧华北电力人学硕士学位论文（）并联侧输入取自 负载侧图采用可控整流 桥为直流电源的主电路图：认仄、（）（）（ （）（ （）并联侧输入取自 电网侧（）并联侧输入取自负载侧图主电路简化图多目标控制由串联及并联变压器，功率 变换器，直流电容及控制电路构成。主电路的几种不同结构式如图和 图所示。将 图 、所示的电路联接方式分别简称为、型电路。型与型 电路的区 别是提供给装置的并联
36、侧输入的位置不同，型电路取自电源侧；型电路取自负载侧。图所示 电路的并联侧的直流电容上的电压是通过三相整流桥整流而得的，它相对于电网来说，本身就是谐波电流源；图所示 电路通过三相整流桥变换而得，与电路相比其控制较为复杂，但可以保持电容电压恒定，而且可以控制电网输入并联侧的电流为与电网电压基波同频率同相的正弦波。整流桥输入取自电源及负载侧型电路整流输入取自电网侧，故其 电容上的电压会随着电网电压的波动而波动，为不可控的，型电路的整流输入取自负载侧， 为补偿装置的输出，因此可以基本保持电容电压恒定。但这是以串联补偿变压器中没有输入有功功率为条件的，因为当串联变压器中存在有功功率输入时，必然要对电容
37、进行充电，而二极管整流桥不可能使能量进行双向流动，这会导致电容电压不断增加，当然为了避免这种情华北电力大学硕十学位论文况的发生，可以在电容上并联一个电阻，当 电容电压高到一定值时，使 电阻开通，以释放能量来保持电容电压的恒定，但这将导致系统效率降低，下面以单相电路为例作一些分析。图（）（）分别为装置主电路的简化图，图中虚线部分为多目标控制的简化图，串联与并联部分分别用电压 源和电流源等效代替，其中，表示电网的基波与谐波电压，表示负载的基波与谐波电流。为简便起见，假设（），负载为阻性，即不考虑谐波。当时，为 将负载电压补偿至，图（），（）中输入串联变压器的有功功率分别为，均大于零 对于图电路来说
38、电容电压会逐渐上升，当电压上升至整流桥输入线电压幅值时，并联侧输入整流桥的电流为， 这时输入串联变压器的有功功率为当时，型电路上的直流电容电压会随着的降低而减小， 这会导致系统的补偿范围降低，因为装置的补偿范围与直流电容电压的幅值成正比所以，采用二极管整流桥为直流电源的主电路结构，当时，直流电容电压不可能稳定；当时，会降低补偿器的补偿范围而且 电能质量补偿器不能限制必 须小于零，因此，采用二极管整流桥为直流电源的主电路结构实用价值不大。整流桥输入取自电源及负载侧【一对直流电容电压的影响对于图所示电路来说，因为采用了整流器来控制电容电压，可以使输入串联变压器的有功功率返回电源，所以不论串联变压器是输入有功还是输出有功，都可以保持直流电容电压基本不变。二对装置容量的影响为了降低系统并联部分的容量，降低控制的复杂性，可以使整流桥输入电流与输出电压基波同相且同频率，为简便起见，先只分析电网电压不包含谐波且负载为线性阻抗，其阻抗为，因 为谐波情况下的分析与分析基波的情况类似，计算装置容量时只要将包括基波与谐波的电压与电流的均方根值相乘即可。由图可得，么一（）为了保持直流电容电压恒定必须使输入装置串联部分的有功等于并联部分输出的有功，得（）（）即，（）（）华北电力大学硕十学伉论文
