电阻型高温超导限流器研究进展

高温超导限流器是一种新型的限制短路故障电流的设备,具有响应时间快、损耗小及自动触发等特点。其中,电阻型超导限流器因其结构简单、技术复杂度较低而成为超导限流器研究的重要方向。简述了电阻型超导限流器的基本结构和工作原理,重点分析了电阻型限流器的国内外研究进展和存在的主要技术难题,对未来的发展趋势及研究重点作出了展望。     

非电阻型高温超导限流器概述

短路电流会威胁电网电力系统的安全可靠运行,人们将超导技术应用于电力系统中,并有效结合电力技术,研制出了高温超导故障限流器。故障限流器可以限制短路电流及其所造成的危害,有效地维护电网安全。高温超导故障限流器可分为电阻型和非电阻型,饱和铁芯型高温超导限流器是非电阻型故障限流器的一种,它集众多优异特性于一体,限流恢复时间极短、限流功能可靠以及输电稳态损耗极小,因此有非常广阔的产业化前景。     

电阻型超导限流器对电力系统暂态稳定的影响分析

加装超导限流器是目前最理想的限流措施之一,超导限流器接入电网后,改变了系统固有参数,影响电力系统暂态稳定性能。利用PSCAD/EMTDC仿真软件,搭建了单机无穷大系统及3机9节点系统,对不同场景下系统发生三相短路故障时的发电机功角摇摆曲线进行仿真分析。通过对比系统安装SFCL和未安装SFCL时功角的摇摆曲线,得出了SFCL对暂态稳定性的影响规律。     

饱和铁心型超导限流器的暂态特性分析

随着电网规模的不断扩大,短路电流超标问题已成为制约电网负荷增长和电网发展的突出因素之一。传统的限流措施已经很难满足现代电力系统发展的需要,随着超导材料的快速发展,超导限流器这种利用新兴超导技术而研制出的快速有效的限流装置应运而生。由于饱和铁心型超导限流器拥有突出的优越性能,其被广泛应用于输电线路及配电系统中。考虑到饱和铁心型超导限流器的实际结构,提出了一种新式等效磁路法,进而可以精确、有效地分析限流器的暂态特性。等效磁路法的提出对饱和铁心型超导限流器的理论分析及实际应用都有重要的意义。     

220 kV电阻型高温超导限流器高压套管研制*

220kV电阻型超导限流器的高压套管用于实现超导线圈与外部电网的电气连接,与此同时满足从液氮温区(77K)至室温环境的温度过渡。设计的高压套管额定传输电流为交流1.5kA,额定电压为220kV;套管采用电容式复合绝缘结构,包含30层电容屏;设计的低温端运行温度为70K,运行工作压力为0.5 MPa。试验结果表明,研制的套管满足395kV/1min短时工频耐压、950kV雷电冲击耐压和750kV操作冲击耐压。     

高温超导限流器

国际上预测，在今后５１０年内超导技术将在电力工业中获得广泛应用。可以认为，超导电力技术是２１世纪具有经济战略意义的高新技术。１９１１年发现了低温超导体，１９８６年发现了高温超导体。自此，在世界范围内大力研究高温超导材料及其在电力工业中的应用。在超导研究方面，美国、日本和德国处于领先地位。超导技术已被用于旋转电机、电力电缆、磁储能、电力变压器及在电网中作为限流器。超导线材的制作有两种方法，一是金属带基材上的镀膜法，另一种方法是包套管法，也叫管中粉末法（Powderintube）。镀膜方法包括沉积、喷涂等多种…     

高温超导限流器

德国Hydro-Quebec公司和西门子电子输电配电集团研制出两种高温超导(HTSC)限流器,适合于配电系统用。据称,此限流器具有超导材料的优异的电特性和磁特性,可望提供电源系统的良好保护,高的可靠性和较低的成本。这两种HTSC材料虽然有所区别,但在196℃左右时均呈现超导性,它们能在液氮中冷却。西门子的样品系电阻型限流器,而HydrO-Quebec公司为电感型限流器。     

电阻型故障限流器电流转移特性研究

电流转移过程是电阻型故障限流器中的关键问题。针对基于真空开关与电阻并联的限流器中电流由真空电弧电流向并联限流电阻的转移特性进行研究。搭建了基于真空开关与限流电阻并联的试验研究平台,采用高速CMOS相机拍摄电弧,观测真空电弧转移过程中电弧发展变化。通过研究电流大小(5～15 k A)、限流电阻大小(10～4500 mΩ)、燃弧时间、电流频率等对电流转移时间、转移完成时刻电流等的影响,获得了电流转移特性的数学描述。讨论了横向磁场对电流转移特性的影响,为电阻型故障限流器的结构及优化奠定了基础。     

三相高温超导限流器

由中国科学院电工研究所牵头,联合中国科学院理化技术研究所、湖南省电力试验研究院、湖南省电力公司、四川亚西低温设备公司、湖南省娄底市电业局等单位共同研究开发的我国首台三相高温超导限流器顺利并入湖南省娄底市电业局高溪变电站试验运行,这是继     

饱和铁心型高温超导故障限流器的仿真分析

给出了饱和铁心型高温超导故障限流器（HTSFCL）的结构模型,分析HTSFCL的原理,通过数学模型计算得到短路时的瞬态电流波形.利用磁路法和三维瞬态磁场-电路耦合法分别对瞬态过程进行仿真,并与样机试验结果进行对比.仿真结果验证了两种方法的正确性.针对短路时超导线圈过电压的问题,提出了使用磁屏蔽环的方法来改善.     

电阻型超导限流器失超电阻测量方法

针对安装于高压柔性直流电网中的电阻型超导限流器的失超电阻难以测量的问题,提出一种适用于高电压等级下超导限流器的失超电阻间接计算方法。该方法利用超导限流器样机失超电阻易于测量、对试验环境要求相对较低的特点,通过超导限流器失超电阻和其常温电阻之间存在的比例关系,基于热等效原理对超导限流器样机进行交流冲击试验,进而获得样机的失超电阻值;最后通过推算得到了超导限流器的失超电阻值。通过与仿真模型仿真值的对比证明了计算结果的准确性。     

高温超导限流器的新进展

自从IBM公司瑞士研究所于1986年发现氧化物高温超导体以来,在世界上掀起了探索新的高温超导体的热潮。目前,超导体的最高临界温度已达到150K。在探索高温超导体的同时,人们以更大的热情发展高温超导体的应用技术,从而使超导体从学科研究到高新技术产品的距离越来越近。美国科学家说:超导技术之于21世纪如同半导体技术之于20世     

基于电阻型高温超导故障限流器的双馈风电场故障穿越策略研究

为了提升基于双馈风力发电机组(DFIG)的风电场故障穿越能力,本文提出了在DFIG风电场出口变压器高压侧装设电阻型高温超导故障限流器(HTS-FCL)的风电场故障穿越策略。基于YBCO超导材料的E-I特性建立HTS-FCL的仿真模型,以DFIG的等值模型为基础分析了电网故障下采用HTS-FCL保护对DFIG的定、转子电流的影响,由理论推导证明了所提策略的有效性。在此基础上搭建了采用HTS-FCL保护的DFIG风电场仿真模型,仿真结果表明采用HTS-FCL保护策略可以有效提升DFIG风电场的故障穿越能力。     

固态限流器对电力系统暂态特性的影响

由于故障限流器是即时反应短路故障的一种一次设备,固此就其新型固态故障限流器的原理分析了其应用和动作对于电网暂态功角稳定性的影响。     

新型饱和铁心型高温超导故障限流器等效电路和仿真分析

基于饱和铁心型高温超导故障限流器的基本工作原理,提出了一种新型高温超导故障限流器的铁心结构和交直流线圈配置方式。通过理论分析,介绍了新型结构的工作原理,建立其等效二端口电路模型,推导出电路模型的参数,分析了交流绕组在直流回路中产生的感应电流大小。结构限流器通过缩减偏置磁路的有效长度,降低偏置电流的大小。对新型高温超导故障限流器进行仿真分析,仿真结果表明,在系统正常运行时,结构限流器对交流回路电流的影响很小,在系统发生短路故障时,能够有效、快速地将短路电流限制在合理范围内。     

饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组绝缘

简要介绍了常用低温绝缘材料的性能参数和作为高温超导绕组绝缘的适用性。详细介绍了聚酰亚胺薄膜胶带作为高温超导绕组匝间绝缘的直流击穿试验,以及饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组绝缘结构、制作工艺等。通过220k V饱和铁心型超导限流器的电气性能试验验证了高温超导绕组绝缘的可靠性,不仅能满足不同运行工况下的技术要求且有较大安全裕度。     

改进的双桥混合式桥路型高温超导故障限流器

针对现有断路器开断容量不能满足超高压系统故障短路电流要求的现状,介绍了两种单相桥型高温超导限流器的基本工作原理;针对整流桥中直流偏压的引入问题,提出了一种改进的双桥混合式桥路型高温超导故障限流器,深入讨论了新型限流器的工作原理,限流器的参数变化对其限流特性的影响,包括临界电流、动作电流和超导线圈电感.仿真与实验表明该类型限流器具有良好的限流作用,从工程的角度解决了直流偏压引入困难的问题.     

基于混合型超导限流器的多源网络暂态特性分析

为抑制多源电网系统短路电流,提高其暂态稳定性能,提出了一种混合型超导故障限流器(superconducting fault current limiter, SFCL)。该限流器主要由耦合变压器、钇钡铜氧化物(yttrium barium copper oxide,YBCO)线圈以及控制开关组成。其中,将其耦合变压器的二次电感与YBCO线圈串联,并通过调节被控开关的接触状态,使其具备电阻与电感式限流器的优点。当系统故障时,混合型SFCL由低阻转为高阻状态,通过改变原有多源网络系统三序阻抗分布,抑制系统故障稳态电流,而且混合型SFCL所含电感特性亦可有效抑制故障冲击电流。该混合型SFCL还可通过改善母线电压的跌落,降低发电机组间功角振荡,增强系统暂态稳定性能。最后在MATLAB/Simulink软件平台搭建了多源配电网络仿真系统,对含混合型SFCL多源配电系统的暂态性能进行了仿真研究,进一步验证所提混合型SFCL的正确性与有效性。     

改进桥路型高温超导故障限流器的实验研究

由于基本桥路型超导限流器对短路电流稳态值限流效果较小,本文提出了一种改进桥路型高温超导故障限流器。正常工作情况下,限流器四个桥臂上的二极管均导通,对系统无影响;系统发生短路故障后的前100μs内,该限流器像基本桥路型限流器一样立即限制短路电流峰值,其后利用固态开关的切换,将二极管和偏压电源从限流器中退出运行,超导线圈的电感能限制故障电流峰值和稳态值,利用限流电阻与超导线圈串联限流,进一步提高其限流能力,从而使装置能有效地限制短路电流稳态值。实验表明,该限流器具有很好的限流和重合闸能力,能显著减少暂态及稳态的故障电流,有效提高系统动态稳定性和电网电能质量。