高温超导直流限流器的研究与应用综述

实现快速有效的故障限流是直流系统控制保护的关键技术之一,利用超导特性研制的超导直流限流器具有理想的限流性能,近年来得到广泛研究和持续发展.以超导模块呈现的限流效果为依据,归纳了现有高温超导直流限流器的主要类别和工作原理,阐述了超导材料对超导限流器限流性能和适用性的影响,梳理了超导限流器在直流系统中的接入方案,并结合超导直流限流器、换流器和直流断路器的配合关系,提炼了直流系统对配置超导直流限流器的性能要求,总结了超导直流限流器的演变规律,并指出其未来的应用趋势.     

直流超导故障限流器方案设计及限流效果仿真分析

为满足直流电力系统故障保护的需要,提出了一种新型直流超导故障限流器(SCDCFCL)的结构,介绍了其工作原理,建立了数学模型,进行了两种不同直流源的Matlab仿真.仿真结果证明系统正常运行时,该型直流超导限流器对系统无影响;系统发生故障时,限流器的限流效果明显.     

直流超导故障限流器方案设计及限流效果仿真分析

为满足直流电力系统故障保护的需要,提出了一种新型直流超导故障限流器 (SCDCFCL)的结构,介绍了其工作原理,建立了数学模型,进行了两种不同直流源的Matlab仿真。仿真结果证明系统正常运行时,该型直流超导限流器对系统无影响;系统发生故障时,限流器的限流效果明显。     

超导故障限流器抑制短路电流直流分量的仿真分析

短路电流中的周期分量和直流分量对系统短路容量都有贡献,而后者在工程应用中没有引起足够的重视.目前我国宁夏、上海、广州等电网普遍面临短路电流直流分量超标,系统保护装置难以可靠清除故障的状况,严重威胁电力系统的安全可靠性.基于此,本文提出使用超导故障限流器在限制短路电流幅值的同时,抑制短路电流直流分量的方法,缓解断路器的开断负担.目前超导限流器对短路电流直流分量的抑制效果及在高直流分量系统超导限流器的设计方法尚不清楚.因此,搭建了超导故障限流器模型,以330 kV系统为例,研究了不同直流分量时间常数下超导限流器阻值与直流分量的关系,提出了超导故障限流器失超阻值的优化设计方法.结果表明在不同的短路故障条件下,超导限流器对直流分量的抑制效果均非常明显,能有效提高系统的可靠性.     

直流断路器与直流故障限流器的匹配研究

快速直流断路器是切除直流电网故障必不可少的设备,而其开断容量难以达到直流电网的要求,通过限流器和断路器的配合能够有效提升断路器的开断能力,从而确保直流电网安全运行。文中在深入开展快速机械断路器的特性的基础上,对断路器与直流限流器的配合问题进行研究:首先,分析机械断路器的开断原理,通过MATLAB/Simulink建立直流断路器电弧特性仿真模型;然后,根据直流电网电压等级、开断电流大小和开断时间等不同要求,研究限流器对断路器开断时间、开断瞬间峰值电压的影响,仿真分析与之相匹配的限流类型及其参数值优化方法;最后,根据超导带材的数学模型,搭建了电阻型超导故障限流器(RSFCL)的仿真模型,用可变电阻模拟超导限流器失超过程的电阻变化,进一步分析限流器对开断过程的影响,上述工作对直流超导限流器的直流电网应用有重要指导意义。     

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.     

新型饱和铁心高温超导限流器的实验研究

饱和铁心型超导限流器的直流超导绕组中的直流影响短路故障电流的限流效果,研究发现,饱和铁心型超导限流器直流超导绕组中的直流还可以抑制谐波,并减少正常情况交流电流的波形畸变率。该文提出了一种新型饱和铁心高温超导限流器。新型饱和铁心高温超导限流器在正常工作情况下,两个固态开关SSTS处于闭合状态,直流超导绕组中的直流使饱和铁心型超导限流器处于饱和状态,限流器不会出现限流现象。在短路故障情况下,两个SSTS快速动作,断开限流器直流超导绕组中的直流,提高限流能力,同时使限流电阻快速串入超导限流器的交流回路限流,进一步提高限流效果。研究了该新型限流器的工作原理,分析限流参数的变化对其限流特性的影响。通过仿真和和实验研究发现,新型限流器的限流效果非常明显,并能实现线路重合闸,电网的稳态和暂态短路电流显著减少,电网电能质量和动态稳定性得到有效提高。     

非超导桥式故障限流器的仿真分析与改进

通过PSPICE仿真,分析了具有直流偏置的非超导桥式限流器的工作原理及稳态、暂态特性。根据仿真结果,改进了限流器控制策略,可解决直流偏置电源在故障大电流时的损耗问题,不影响限流器的限流功能。     

直流电网中限流器优化配置方法研究

柔性直流输电具有灵活、可靠的特点,成为目前直流输电领域的研究热点。但直流电网中发生短路故障时其短路电流较大,如何在直流侧故障时快速将其切除成为直流输电技术的研究难点。文章重点研究了柔性直流输电系统中限流器的优化配置。以目前研究较多的超导限流器为例,对柔性直流电网中的故障问题进行详细分析;基于超导限流器的特性,提出了考虑直流断路器切断容量和故障反应时间的限流器优化方法;选取算例在MATLAB平台上对该优化方法进行了验证,仿真结果表明该优化配置方法能有效的指导限流器的设计,提高其应用过程中的经济性。     

直流微电网故障限流特性分析

直流微电网系统拓扑复杂、工作模式繁多、电力电子集成度高及各类电力电子装置耐故障冲击电流能力弱,为系统故障的保护隔离带来了巨大挑战。通过分析直流微电网故障时的暂态特性,将故障过程分为4个阶段,并针对每个阶段对直流线路、VSC换流器及其电力电子器件的影响进行分析,为针对直流微电网的故障限流方案的配置原理提供依据。通过比较分析电感型限流器和电阻型超导限流器在直流微电网中的限流特性,得出电阻型超导故障限流器在满足直流微电网因多模式切换所需的高动态性能的同时,实现了对交直流线路及换流器内部电力电子器件的故障电流的快速抑制,从而降低直流微电网对直流断路器故障隔离的快速性和开断能力要求。通过分析限流器参数对限流特性的影响规律,为其参数选择提供依据。利用PSCAD/EMTDC仿真平台对典型直流微电网短路故障及限流方案进行仿真测试,验证了直流微电网的故障特性和电阻型超导限流方法的优越性。