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。     

磁控串联补偿型故障限流器参数设计与性能研究

通过改变磁控限流器的直流偏置电流可以改变限流器输出电抗,与串联电容配合可在限流的基础上具备串联补偿功能。本文提出了一种磁控串联补偿限流器(MSCFCL),通过等效磁路等理论分析方法对其铁心与线圈的主要参数进行了详细设计;并提出了铁心开气隙结构来满足对输出电抗调节的需求。通过JMAG软件仿真分析了MSCFCL稳态下电抗输出与故障态下限流性能。仿真结果表明,以饱和电抗器为核心加入合理气隙结构的MSCFCL,可满足串联补偿的输出电抗平滑度要求,并且对限流性能有明显影响。     

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.     

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。     

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。     

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。     

桥式混合型磁饱和故障限流器

为在降低对直流绕组磁动势(DC-coil-generated magneto-motive force,DC MMF)需求的同时,保证限流器限流效果,文中分析了使用永磁体和直流电流混合励磁使铁心饱和的方法,并提出了一种新型桥式混合磁饱和型故障限流器(bridge-type hybrid saturated-core fault current limiter,BHFCL)的拓扑结构。在BHFCL中,使用了紧凑型的铁心结构和交直流共用绕组,能够有效降低装置成本和损耗,桥式结构中的故障限流电抗是为了保障限流效果。文中通过建立等效电磁回路模型对该新拓扑的基本原理与工作特性进行研究,并在ANSOFT中建立多种简单系统中的有限元仿真模型进行分析,并通过220 V/10 A实验样机进行试验验证所提结构的可行性。仿真与实验结果均表明,BHFCL能够有效降低能耗,同时只对系统正常运行时的电压降落以及限流器的限流效果产生很小的影响,限流效果良好,并且限流能力主要取决于桥式结构中的故障限流电抗。     

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。     

超导故障限流器对并网异步发电机运行状态的影响

以简单的异步发电机并网模型为研究对象,根据戴维南等效原理,简化故障网络,推导出使用电阻型和饱和铁心型故障限流器时戴维南等效电压源电压的数学表达式,然后详尽分析了故障时异步发电机的暂态过程。基于PSCAD/EMTDC软件搭建仿真模型,仿真了电网故障时电阻型和饱和铁心型超导故障限流器对异步发电机端电压、电磁转矩和转差率的影响。仿真结果表明,故障限流器有效减小了短路电流,故障时投入相同的限流阻抗,电阻型超导故障限流器比饱和铁心型超导故障限流器更能提高异步发电机的暂态稳定性。     

基于钕铁硼永磁材料的饱和铁心故障限流器研究

饱和铁心故障限流器(saturated core fault current limiter,SFCL)是限制系统短路电流最有效的措施之一。为减小其直流偏置电源功率和附加能耗,除了采用超导线圈偏磁外,通过钕铁硼(Nd Fe B)永磁材料偏磁也逐渐受到业界的关注,但Nd Fe B的偏置能力和稳定性限制了其应用。针对现有方案的不足,提出了一种新型混合式饱和铁心故障限流器(hybrid type SFCL,HSFCL),基于电磁耦合的方法,研究了其拓扑原理及工作特性。新结构不仅能减小损耗,减小体积,保证限流效果,还能克服Nd Fe B偏磁能力不足和因涡流效应而产生的稳定性问题;正常工作情况下,Nd Fe B磁路不会有交变磁通;限流工作情况下,Nd Fe B永磁体的涡流损耗能降到传统结构的12.7%。通过麦克斯韦(Maxwell)场路耦合仿真和样机实验,证明了理论分析的正确性和新结构的有效性。     

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。     

饱和铁心型超导限流器满足电网重合闸条件分析

饱和铁心型超导限流器(saturated iron-coresuperconducting fault current limiter,SI-SFCL)在限流过程中独特的非线性阻抗变化特性与电网继电保护的配合是一项关键技术,尤其是限流器在完成限流后需要快速恢复,以配合电网断路器重合闸的要求。限流器的恢复过程本质上是超导磁体的重新励磁,既要在尽量短的时间内完成超导磁体的充磁,又要尽量降低快速励磁时对励磁电压、电流的要求,降低直流励磁系统的设计难度,并提高设备运行的安全性和稳定性。基于对上述超导限流器重合闸要素的分析,得出结论:SI-SFCL在电网重合闸时,直流励磁不必完全恢复至额定工作值,只要能够确保在一定交流退磁作用下,铁心的最小磁化强度处于磁化曲线的拐点处即可。用PSIM进行仿真分析,校验了该判据的合理性。     

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SMC铁心高温超导故障限流器的研究

分析了直流电力系统保护的发展现状,设计了一种铁心型高温超导故障限流器。为了尽量延长限流的时间,限流器的铁心采用软磁复合材料(SMC)。限流器在系统正常工作时对电力系统影响很小,当短路故障发生时,它会很快表现为大阻抗以限制短路电流。基于磁场有限元与电路耦合的计算方法,首先对限流线圈在短路过程中的非线性电感进行精确计算,然后结合计算结果,在电路仿真程序中计算短路电流。通过对比SMC与硅钢铁心材料限流器的限流情况,可以看出SMC铁心限流器对于直流电力系统短路故障的限流效果更好。在短路故障发生后8 ms时,该限流器能将短路电流限制到最大值的12%。     

新型磁控开关型故障限流器拓扑及试验研究

基于饱和铁心型高温超导故障限流器的拓扑,提出了一种适用于中高压电网的磁控开关型故障限流器拓扑结构,在偏置回路中串联了一个限流电感,通过故障前后交流电流的变化自动实现限流电感的退出和接入,从而实现对短路电流的限制,并研制了一台220 V/50 A试验样机。对限流器样机的试验结果表明,磁控开关型故障限流器在正常工作时电压损耗很小,对线路几乎没有影响;故障发生后,限流电感立即自动插入故障回路进行限流,基本不产生谐波,运行控制灵活且简单可靠,对短路电流具有快速、有效的限制作用。     

感应屏蔽型高温超导故障电流限制器模型机研究

为了研究感应型高温超导故障电流限制器的限流特性，该文建立了一个模型机，模型机由三部分组成：初级铜绕组、次级超导筒以及铁心。初级绕组的匝数N、铁心的有效磁导率μeff对超导故障电流限制器的限流特性都有影响。对模型机进行了静态和动态测试，静态实验结果得出了限流器正常运行的范围，动态实验结果描述了限流器的特性。     

饱和铁心型超导限流器的仿真设计方法

分析了饱和铁心超导限流器的工作原理,给出了其正常工作的电磁约束关系.介绍了利用PSPICE进行仿真设计的新方法,为优化产品结构参数、准确预估限流效果提供了有效途径,最后介绍了一个设计实例.     

主动型饱和铁心超导限流器限流沮抗特性与动态仿真

饱和铁心型超导限流器（SICSFCL）在高压、超高压大容量电网的短路限流技术上有着广阔的应用前景。早期设计的SICSFCL存在一些问题。始终没有得到进一步的发展。采用短路故障瞬间切断直流励磁电流的方法,变被动限流型SICSFCL为主动限流型SICSFCL,克服了以上不足。使用Matlab动态仿真并结合380V／S0A限流器样机的试验结果,对主动限流型SICSFCL的短路电流限制特性进行了分析计算,得到SICSFCL阻抗的变化规律和计算方法。     

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。