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。     

超导限流器综述

概述了超导限流器的科学基础和发展历史,介绍了电阻型、饱和铁心型、磁屏蔽性和电桥型超导限流器的技术原理、基本结构和等效电路,详细分析和比较了电阻型和饱和铁心型超导限流器的性能特征、优点和缺点,以及其在实际电网挂网运行的案例。展望了超导限流器可能的应用范围及前景,指出除了传统观念上的短路故障限流作用之外,超导限流器未来可能成为可再生能源分布式发电并网的必要设备,在降低输电损耗和提高输送效率方面发挥重要作用。     

一种基于饱和铁心型超导限流器的混合直流限流电路的研究

基于电压源型换流器的高压直流输电系统的故障电流幅值大、上升速度快,现有直流断路器的故障电流开断容量和开断速度受到很大挑战。提出一种基于饱和铁心型超导限流器的混合直流限流电路,利用饱和铁心型超导限流器及限流电阻共同作用实现阻感复合限流,并借助吸能电阻达到加速故障电流清除、缓解直流断路器开断压力的目的。根据直流故障暂态特性,结合该混合直流限流电路与混合式直流断路器的配合策略,分阶段对该混合直流限流电路的工作原理进行理论解析。通过数学推导给出所提混合直流限流电路的参数设计原则。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中对所提混合直流限流电路的原理正确性和功能有效性进行验证。结果表明,所提混合直流限流电路能有效抑制故障电流、缩短故障线路隔离时间、减少避雷器吸能并能实现饱和铁心型超导限流器快速恢复。     

饱和铁心型超导限流器研究进展

采用高温超导体制作的超导限流器可以通过超导态-正常态转变实现限流。超导限流器根据其阻抗性质,可以分为电阻型和电感型两类,其中电感型超导限流器包括饱和铁心型、桥路型和屏蔽型三类。本文主要介绍了饱和铁心型超导限流器的研究进展和示范应用,并对其应用前景进行了展望。     

饱和铁心型桥式故障限流器的性能参数设计与实验

为解决系统短路电流过大、传统饱和铁心型故障限流器限流效果和经济性不理想等问题,提出一种饱和铁心桥式故障限流器(BSFCL)。相比传统饱和铁心型故障限流器,该限流器采用桥式结构,可有效减小限流器的体积和成本;通过外加限流电感,有效提高了限流器的限流效果。首先分析饱和铁心型桥式故障限流器的工作原理,然后建立限流器的磁路模型,并对限流器性能参数进行详细分析和设计。在此基础上,基于Ansoft建立饱和铁心型桥式故障限流器的场路耦合仿真模型,通过仿真说明其工作原理和良好的性能,并分析不同参数对限流器限流效果的影响。最后研制了一台220V/20A饱和铁心型桥式故障限流器实验样机,实验结果验证了所提结构和方法的有效性。     

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。     

电阻型超导限流器仿真模型及其对10 kV配电网的影响

在对电阻型超导限流器失超机理及失超过程进行深入分析的基础上,利用PSCAD仿真软件搭建了电阻型超导限流器的自定义模型,并通过仿真该模型的电阻、电流和温度曲线验证自定义超导限流器模型的正确性。对超导限流器与继电保护装置的配合问题进行了初探。理论分析及该模型的实例验证表明,模型较全面地呈现了限流器真实的工作状态。将其投入10 kV配电网中的仿真结果表明,超导限流器不仅对系统短路电流有显著的限制作用,同时还有利于改善非故障馈线的供电电压质量。为了与继保装置配合,选择最优的超导限流器参数将对限流器的挂网运行有重要参考价值。     

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。     

超导限流器引入配电系统后的短路行为仿真

借助EMTP对10 kV配电系统中引入超导限流器的短路行为进行了仿真。给出了超导限流器的数学模型,着重分析了超导限流器限流电阻和故障检测时间对短路电流峰值、非故障线电压、超导限流器上的电压的影响。仿真结果表明, 增大限流电阻可以显著降低短路电流的峰值,并有利于维持非故障线的电压,但限流器上的电压也会增加。故障检测时间是影响超导限流器性能的关键参数,快速故障检测对提高超导限流器的性能、降低开关开断后的恢复电压非常有利。     

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。     

500 kV饱和铁心型超导故障限流器电磁暂态仿真

饱和铁心型超导限流器具有非线性的阻抗特性,接入500 kV电网后产生的电磁暂态过程对于电网的安全稳定运行具有重要影响。根据该500 kV超导限流器的单相三柱式铁心结构,采用磁路分解的方法,分析了限流器各主要电磁参数间的耦合关系,将复杂的磁路分析模型转化成等效电路模型,基于PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了电磁暂态仿真模型。最后结合500 kV电网参数和500 kV超导限流器样机设计方案,通过具体实例分析了该限流器在稳态运行及不同故障条件下的暂态阻抗特性,结果与理论分析一致。     

超导限流储能系统的原理与有源限流仿真

基于限流集成原理与储能集成原理,共用一个超导磁体,将桥路型超导故障限流器(BSFCL)与超导储能系统(SMES)集成于一体,构成了超导限流储能系统(SFCL-MES).该系统解决了桥路型故障限流器不能限制故障电流稳态值以及超导储能在系统故障时的补偿容量过大的问题.所提出的SFCL-MES既可以限制故障电流峰值和稳态值,也可以补偿系统电压,提高了超导磁体的利用率.文中分析了SFCL-MES的有源限流的原理,给出了它的有源限流等效模型.在此基础上,提出了SFCL-MES的有源限流的2种实现方法:有源电阻限流和有源电压限流.在PSIM上对SFCL-MES有源限流的各种方式进行了仿真.仿真结果验证了它的可行性.     

电流补偿型超导限流器的研究

电流补偿型超导限流器是一种新型的限流器拓扑,它由等效电流源、限流电阻并联后通过连接变压器串联人电力系统.正常运行时,等效交流电流源值与系统电流值保持一致,限流器对系统运行无影响;故障后,系统电流值远大于等效交流电流源值,限流电阻立刻自动投入限流.给出了实际应用电路及其控制系统,理论分析和仿真结果论证了该种超导限流器具有良好的限流特性.     

改进型饱和铁心高温超导限流器的实验研究

提出一种改进型饱和铁心高温超导限流器,其原副边绕组均采用超导绕组,在正常工作情况,没有限流现象.在短路故障情况,由于饱和铁心型高温超导限流器直流绕组中的直流电流影响限流能力,利用IGBT1快速断开直流电流以提高限流能力;同时断开限流器交流回路的IGBT2,使与之并联的限流电阻串入限流,提高了限流能力.研究了该限流器的工作原理,分析限流参数的变化对其限流特性的影响.仿真结果及实验结果表明,该限流器能抑制电力系统的谐波,具有明显的限流效果,能显著减少电力系统的暂态和稳态故障电流,实现线路重合闸,提高了电网电能质量和电力系统动态稳定性.     

基于超导限流器混合式直流断路器开断特性分析

为了降低混合式直流断路器在直流配电网中开断故障电流时所承受的应力,提出一种基于电阻型超导与绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)控制限流电阻相结合的桥型电路拓扑结构的混合超导限流器,并对影响混合式直流断路器开断暂态特性的因素进行分析研究。该种桥型超导限流器通过IGBT可分级控制接入电阻,弥补故障时超导失超阻值大小不可调节的缺点,通过超导限流器和混合式直流断路器的配合,在故障前期由超导限流器抑制故障电流上升率,并当故障电流上升到断路器动作电流时,则令混合式直流断路器动作从而切断故障支路。为了分析含超导限流器直流断路器的开断应力,建立了含有超导限流器与混合式直流断路器分断故障电流的暂态电网回路,并从理论上推导、分析加入超导限流器后,混合式直流断路器在开断故障电流时所承受的应力变化。最后通过在MATLAB/Simulink中搭建桥型超导限流器和混合式直流断路器的暂态回路模型,仿真验证所提超导限流器的有效性和实用性。     

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。     

超导限流器基本概念和发展趋势

超导限流器是多年以来人们在超导电力技术领域的研究焦点之一,也是被认为最有可能率先实现工业化应用的超导电力设备。本文在介绍超导限流器的基本概念、组成要素和功能特点的基础上,讨论了超导限流器设计和应用相关的一些重要技术参数和性能指标。文章还较系统地分析了电阻型和饱和铁心型两种目前发展水平较高的超导限流器的工作原理和应用情况,并比较了两者的优缺点。随着性能的进一步完善,可靠性和可用性的进一步提高,超导限流器有可能成为理想的电网短路故障限流装置。作者期待在不远的将来超导限流器会在各种电网中得到广泛的应用,并由此推动电网的深刻技术革命。     

凸极同步发电机定子绕组内部故障暂态仿真及试验验证

同步发电机定子绕组内部故障分析是一个十分复杂而重要的问题。文中在建立同步发电机定子绕组内部故障暂态计算模型时采用通用支路电压矩阵方程来建立回路电流方程，具有简洁、通用性强的特点。利用多回路理论着重对同步发电机带载时定子绕组内部故障暂态全过程进行了仿真计算，并与试验录波波形进行了对比，结果表明这种仿真方法能够准确地模拟同步发电机故障暂态过程。文中还分析了影响暂态过程仿真精度的因素，认为铁心局部饱和、铁心剩磁、转速变化及回路电阻变化是产生仿真误差的重要原因。     

基于PSCAD的饱和铁心型超导限流器性能分析

为了准确分析饱和铁心型超导故障限流器性能,根据参数设计要求建立了限流器三段式数学模型。研究了其在不同工作区间的静态特性以及在短路限流过程中的阻抗变化。在单机系统无穷大系统中,针对限流器阻抗变化将故障过程细分为不同阶段分析其对暂态稳定造成的影响。通过PSCAD仿真发现,串入固定感抗模型与限流器模型后极限切除时间分别为0.31 s和0.21 s。结果表明限流器具有较好的限流作用,提高了系统的暂态稳定性,且该模型能得到更准确的极限切除时间。     

基于MgB2的新型电阻型超导故障限流器的研制和性能分析

超导故障限流器对限制短路电流和短路容量具有重要的研究意义。文中基于MgB2的特性,采用先变形后退火的方法,并利用特制高温玻璃纤维进行绝缘,在退火处理后再通过环氧树脂胶黏剂固化,研制了一台小体积电阻型超导故障限流器样机。同时通过液氦和氦气冷却,对其性能进行测试;通过建立电阻型超导故障限流器的一维热传导模型和电路方程,对其动作特性进行仿真。测试和仿真结果表明该样机限流效果明显,限流百分比可达44%以上,然而限流器的失超长度、超导线材温度和失超电阻随着时间呈非线性变化且限流器的线材并未全部失超。失超恢复时间约为1.5s,可通过交替连接方式满足重合闸需求。最后针对10kV电力系统,提出了MgB2的小体积电阻型超导故障限流器工程设计原理,并分析了其在工程应用中的可行性。