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

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 II 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