磁饱和型故障限流器的研究与发展

分析了传统故障限流技术的优势和存在的问题,指出研制性能优良、经济合理的新型故障限流器对电网发展具有重要的现实意义和应用价值．在给出饱和电抗器的一般工作原理的基础上,详细介绍了超导磁饱和型故障限流器的拓扑结构及其工程实用化遇到的难题．比较了永磁饱和型故障限流器的各种拓扑结构及其发展演变过程,提出了三相永磁饱和型故障限流器的三种物理拓扑结构．最后结合永磁饱和型故障限流器的结构设计,阐述了四个关键技术难题．     

两种功能化硅氧基聚酰亚胺薄膜的高频沿面放电寿命对比研究

聚酰亚胺可用作高频电力变压器的包覆绝缘材料,但要面临因沿面放电而可能导致的绝缘失效问题,可借助于材料改性技术解决.该文通过引入1％、2％、5％摩尔含量的1,3?双(3?氨基丙基)?1,1,3,3?四甲基二硅氧烷(GAPD)和等效含量的SiO2,分别对聚酰亚胺薄膜进行分子结构改性和纳米复合改性,以两种方法实现其硅氧功能化,并基于紫外光谱、扫描电子显微镜(SEM)、电阻率等材料理化特性测试的对比研究,重点考核材料的高频沿面放电寿命.结果表明,两种改性方式均可获得聚酰亚胺较优异的热学、力学等基本理化特性,加入5％SiO2后,薄膜电寿命可提升至纯聚酰亚胺的3.4倍;而引入5％GAPD后,薄膜电寿命可提升至纯聚酰亚胺的4.77倍.两种改性方式的影响机制有所差异:加入SiO2,是将Si?O?Si结构的晶体添加至聚酰亚胺中形成纳米复合体系,并通过界面等作用提升材料的高频沿面放电耐受性能;引入GAPD,是将均匀分布、不分相的Si?O?Si网络键入至聚酰亚胺中,使基体结构更致密,同时可在外层被破坏后形成均匀的絮状无机粒子,多因素协同作用更有效地提升了材料的高频沿面放电寿命.利用GAPD对聚酰亚胺进行分子结构改性以实现其硅氧功能化,可获得更加优异的材料理化特性和放电耐受性能,具有潜在应用价值.     

磁控形状记忆合金的形变机理建模与仿真

磁控形状记忆合金是一种能在磁场作用下发生变形的新型功能材料,具有输出应变大、响应速度快、机电转换效率高和易于控制等优良特性,特别适合应用于致动器设计中.从微观的角度分析了磁控形状记忆合金在磁场中发生变形的机理,并在Kiefer-Lagoudas模型的基础上开展了建模与仿真研究,结果表明,采用三角形式的硬化函数能更好地反映材料的实际输入输出特性.提出并分析了脉冲磁场驱动下MSMA的形变及恢复机理,为进一步研究脉冲磁场式MSMA致动器提供了理论依据.     

分子模拟技术在高电压绝缘领域的应用进展

对用于分子模拟计算的三种主要方法:量子化学方法、分子动力学方法以及反应分子动力学方法进行了综述,对比分析几种分子模拟方法的数学原理、发展历程和适用范围。在此基础上,从高压输变电装备固/液体绝缘特性以及新材料研发等视角论述了分子模拟的科学价值,特别是反应分子动力学在高电压工程学中的应用潜力,指出借助分子模拟方法可深化研究电介质绝缘在电、磁、机、热复合应力作用下的老/劣化过程,预测绝缘材料极化、介质损耗等性能,并有效指导新型绝缘材料的研发过程。综合分析现有研究进展后指出,分子模拟技术可为揭示电绝缘微观物理与化学特性、解决电力装备绝缘劣化与破坏机制提供基础方法论和定量解析手段,但根据高电压与绝缘技术学科的发展现状,还应结合多物理场数值仿真、电磁暂态分析等计算机模拟方法,构建日趋完善的"计算高电压工程学"学科体系,实现对高电压工程实践的有效理论支撑。     

考虑漏磁效应的永磁饱和型故障限流器磁路建模与实验研究

漏磁效应对永磁饱和型故障限流器(permanent-magnet-biased saturation based fault current limiter,PMFCL)的动态特性具有重要影响。针对一种直线式PMFCL的磁拓扑,以铁心磁通的工作零点作为分界阐明了其2个阶段的限流机理,指出铁心磁通自过零反向后将发生畸变,永磁体不再参与限流过程。基于磁场分割原理实现2类等效磁路模型中总漏磁导和漏磁系数的计算,针对拟圆环截面磁通管的漏磁导,提出基于曲线拟合而改变积分变量的求解方法。在Matlab/Simulink环境下建立了考虑漏磁效应的PMFCL仿真模型,分别与小电流和大电流工况的实验结果进行对比,验证了建模方法的有效性。     

三相抛物线PWM电流控制解耦方法(方法I)

抛物线脉宽调制(pulse width modulation,PWM)电流控制方法具有与传统滞环控制相媲美的高精度、快速电流跟踪控制性能,并能保持开关频率基本恒定,可广泛用于各种电压型功率变换器。但是现有文献仅给出了单相抛物线PWM电流控制方案,并未涉及如何用于三相三线变换器。该文利用叠加原理,将三相三线系统等效为虚构的三相四线系统与虚构的零序系统之和,提出一种三相抛物线PWM电流控制解耦方法,该方法通过3个独立的单相抛物线PWM电流控制器对虚构的三相电流进行控制,间接实现三相三线变换器实际电流的高精度快速跟踪控制。仿真和实验结果验证了该解耦控制方法的可行性和有效性。     

Typical Motion and Extinction Characteristics of the Secondary Arcs Associated with Half-Wavelength Transmission Lines

Secondary arc discharge is a complicated physical phenomenon and one of the key fundamental issues associated with ultra high voltage （UHV） half-wavelength transmission lines （HWTL）. With the establishment of a physicM simulation platform for the HWTLs, experiments were carried out regarding the motion and extinction characteristics of secondary arcs. The cathode arc root and the anode arc root were found to show an obvious polarity effect while the arc column was moving in a spirM, due to their different motion mechanisms. The extinction behavior was also recorded and experiments were designed with different compensation conditions. Results show that the arcing time can be greatly reduced if there exists an electrical compensation network. The research provides fundamentals for understanding the physics involved, especially the motion and extinction mechanisms of the secondary arcs.     

计及故障限流器和故障过渡电阻的接地距离保护补偿算法

针对串入氧化锌避雷器式故障限流器后的双端电源系统,在不改变姆欧继电器阻抗特性圆的前提下,提出了一种可消除限流电抗和故障过渡电阻双方面影响的接地距离保护补偿算法.该算法通过分析氧化锌避雷器式故障限流器的基本工作原理得到其暂态等效模型以补偿限流电抗的影响;通过将双端电源系统的故障过渡电阻分解为2个不同电阻的并联得到2个相对独立的单端电源故障系统的组合,并测量保护安装处的有功功率补偿故障过渡电阻对接地距离保护的影响.基于PSCAD/EMTDC软件的仿真结果表明,当相角差不大时发生接地故障,采用该算法能较准确反映故障点至保护安装处的距离,并可有效避免姆欧继电器的拒动现象,保持其良好的选择性.     

永磁饱和型故障限流器的高压大容量化分析

为提高永磁体的偏置能力以利永磁饱和型故障限流器朝高压大容量发展,从温度和外磁场两方面分析了钕铁硼永磁体的稳定性问题,论证了其应用到该限流器的可行性;提出"饱和深度比"的定义,指出改善永磁体的偏置能力与提高铁心的饱和深度比等价;基于一种结构参数可调的永磁饱和型故障限流器拓扑,分析了限流器结构参数与铁心饱和深度比的数量关系,并通过有限元法仿真以及实验加以验证;最后给出了10kV等级永磁饱和型故障限流器的一个设计实例。仿真与实验结果均表明,增加永磁体的厚度与截面积可获得较优的偏置能力,实现永磁饱和型故障限流器的高压大容量化在技术上是可行的。