随着电力系统的发展，故障电流越限问题日益突出。饱和铁心型故障限流器(SCFCL)具有动作迅速、自触发、恢复时间短等优点，是限制电网短路电流最有应用前景的措施之一。针对SCFCL存在的铁磁材料用量多、直流励磁容量高和限流系统体积大等问题，本论文对多种SCFCL三相一体化拓扑结构和限流电抗集成于限流器本体等内容开展了研究工作。
　　首先，本文介绍了单相混合励磁型故障限流系统的各个组成部分，重点介绍了系统中故障限流器(HSFCL)的拓扑结构，分析了单相混合励磁型故障限流系统的工作原理、等效电磁路模型。在AnsysMaxwell中建立了有限元模型，进行限流效果仿真并给出仿真结果。仿真结果表明单相混合励磁型故障限流系统具有良好的限流效果。
　　其次，针对HSFCL应用于三相系统时，存在的限流器台数多、铁心体积大，所需励磁容量高等问题，本文设计了一种同绕式三相故障限流器(CSFCL)。本文从拓扑结构及限流工作原理两方面介绍了CSFCL，对其等效磁路、电路模型进行了分析，给出了CSFCL的主要参数及计算方法。然后通过AnsysMaxwell搭建有限元仿真模型对CSFCL进行仿真验证，理论分析和仿真结果表明同绕式三相故障限流器型CSFCL结构简单、动作迅速，能够限制系统中单相接地与两相接地故障电流。其结构紧凑，大幅降低了限流器铁心所需的铁磁材料用量，正常情况下铁轭中无交流磁通波动，三相所需的励磁容量比一台单相HSFCL更小。
　　然后，本文分析了CSFCL在限制两相不接地短路与三相对称短路故障电流时的不足，在此基础上提出了两种新型分立式三相故障限流器(SSCCL和PSCFCL)。本文基于两者磁路等效模型，分析了其工作原理和限流特性，两种结构能够有效降低铁心铁磁材料用量和直流励磁电源的功率，对于系统中发生的各种类型故障都能起到很好的限流效果。通过AnsysMaxwell有限元仿真，对本文所提拓扑结构的有效性和理论分析的正确性进行了验证。
　　除限流器本体安装体积外，故障限流系统中所需的外加限流电感占地面积也十分庞大且会造成安装不便。本文针对该问题提出了一种将非正交解耦电感线圈集成于故障限流器铁心本体的结构。首先介绍了非正交解耦电感线圈的实现原理和常规应用背景，分析了其应用于故障限流器的可能性。提出了将非正交解耦电感线圈集成于单相故障限流器和三相故障限流器的拓扑结构，分析了其工作原理，提出了电感线圈的设计要求与设计方法。以本文中220V系统为例对电感线圈进行设计，在AnsysMaxwell中搭建3D有限元仿真模型，进行了绕组耦合度测试及限流效果测试。解耦电感线圈与原有线圈间的功率耦合为0，且不影响原有耦合关系。限流测试证明限流器限流原理未受到影响，当限流电感值类似时限流性能基本相同。非正交解耦电感线圈可用于代替外加的空心限流电感，减少系统设备和安装体积。
　　最后，本文介绍了分立式三相故障限流器的参数设计方法。从电气参数和结构参数两个方面进行分析，结合工作过程中系统电气参数要求、铁心的磁路参数要求、永磁材料的工作限值等要求对系统参数进行设计。根据所提的设计与优化方法制造了45V小功率样机并进行各种类型故障条件下的对比试验，各种故障条件下，样机实验结果与仿真结果吻合，均表现出了很好的限流效果。本文对比了相同额定电压下PSCFCL和HSFCL的样机材料、励磁容量和成本，PSCFCL均优于HSFCL。