饱和铁心型高温超导故障限流器数学模型的分析与参数设计

首先对各种类型高温超导故障限流器(HTSCFCL)的优缺点做了简要的介绍，说明了饱和铁心型限流器的独特优点；对其数学模型进行了分析，并在此基础上推导出了这种限流器系统参数的设计公式：利用这些公式设计了一个限流器系统，并用电磁暂态仿真程序EMTP对其限流效果进行了验证和分析，结果证明推导出的公式是正确的，可以作为设计这种限流器系统的参考依据。     

一种新的饱和铁心型高温超导故障限流器的设计方法

随着高温超导技术的发展及电力系统容量的增加，不久将来会有很多超导技术在电力系统中得到重要应用。其中高温超导故障限流器很可能成为最先在电力系统中得到应用的超导装置之一。为此介绍一种新的饱和铁心型高温超导限流器的工作原理，并给出了设计这种限流器各种参数的推导方法。计算结果表明该限流器的结构尺寸和运行特性都是可行的。     

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...     

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.     

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。     

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.     

电力系统高温超导故障限流器的研究

在阐述传统电力系统故障限流器的基础上，综述了高温超导体的基本特性、高温超导 限流的结构，并着重讨论了饱和电抗器型高温超导限流器的设计原理和限流效果。     

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。     

饱和铁心型高温超导故障限流器仿真建模及短路特征研究

在建立饱和铁心型高温超导故障限流器(saturated iron-core type high temperature superconductive fault current limiters,SR-SFCL)电磁暂态仿真计算模型基础上,对电网发生短路故障后SR-SFCL一次绕组与励磁绕组的电流、电压过渡过程进行了定量计算,深入研究了一次绕组与励磁绕组电流、电压的特征和相互关系,分析了限流器对短路电流交流分量初始值、冲击电流和稳态短路电流的限制效果。研究指出:SR-SFCL对稳态短路电流具有很好的限制作用,充分发挥限流效果的关键是缩短励磁回路的灭磁时间,灭磁时间与一次电流、灭磁电阻取值等因素关系密切。     

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.     

直流混合型超导限流器强迫换流方法研究

针对现有断路器开断容量不能满足现代舰船直流电力系统短路电流分断要求的现状,提出了一种直流混合型超导限流器的方案。舰船直流电力系统短路电流上升率高达20 A/μs,该限流器需要完成短路电流的快速换流,研究了强迫换流方法。讨论了直流混合型超导限流器的工作原理,对限流器的限流过程进行了分析。在给定电力系统短路电流参数的条件下,结合电路仿真软件,对辅助换流支路参数进行了设计。实验结果表明,强迫换流的方法在38 μs内完成了上升率为20.4 A/μs的7 680 A的短路电流的换流,混合型方案具有可行性,强迫换流的方法能够实现短路电流的快速换流。     

一种新型超导直流故障限流器

与用于交流系统或双极直流系统的限流器不同,用于多端柔性直流系统的故障限流装置应能够在短路故障发生初期有效抑制故障电流的快速上升,避免在线路断路器动作之前换流器桥臂闭锁。针对这一性能要求提出了一种专门用于多端柔性直流电网中的新型超导故障限流器的基本结构和工作原理,并制作了原理验证样机。通过对原理验证样机开展的一系列实验,证明了设计结构与原理的可行性。实验结果也充分展示了这类限流器的功能特性,如其能充分利用铁芯的最大磁导率在短路故障发生的几个毫秒内实现最大限流感抗,从而有效抑制故障早期的短路电流上升率。此外,可以通过对超导隔离环组数量的调整,设定限流器的限流阈值,灵活适应不同直流系统的限流需求。     

Operation of superconducting fault current limiter using vacuum interrupter driven by electromagnetic repulsion force for commutating switch

Using conventional high‐temperature superconducting wire, a model superconducting fault current limiter (SFCL) is made and tested. Solenoid coil using Bi2223 silver sheath wire is so made that inductance is as small as possible and a vacuum interrupter is connected in series to it. A conventional reactor coil is connected in parallel. When the fault current flows in this equipment, superconducting wire is quenched and current is transferred into the parallel coil because of voltage drop of superconducting wire. This large current in parallel coil actuates magnetic repulsion mechanism of vacuum interrupter. Due to opening of vacuum interrupter, the current in superconducting wire is broken. By using this equipment, current flow time in superconducting wire can be easily minimized. On the other hand, the fault current is also easily limited by large reactance of parallel coil. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 164(1): 52–61, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20315     

磁偏置超导故障限流器限流响应模型与并网运行研究

针对电网短路故障限流问题,提出一种新型磁偏置超导故障限流器(SFCL),采用超导无感组件、双分裂电抗器支路两级限流的运行方式,具有自触发、分级故障限流、快速自我恢复等优点.应用MATLAB/Simulink软件,搭建了含磁偏置SFCL的10 kV电网线路仿真模型,提出超导限流组件磁热耦合特性的物理建模方法,并对0°和90°短路故障角下的SFCL并网限流效果进行瞬态仿真和比较.仿真结果表明,在电网0°和90°不同故障短路角电流冲击下,SFCL在首半波中的限流率分别为36.45％和45.89％,随后第2个半波的最大限流率达到78.58％,限流电阻在90°短路故障角下的变化率是0°短路故障角下的1.75倍,实现了较快的限流动作响应和显著的分级限流效果.最后实验验证了磁偏置超导限流技术的可行性.     

直流混合型断路器与直流故障限流器的匹配研究

目前,直流断路器的开断容量还难以达到直流电网的要求,通过限流器和断路器的配合是解决问题的有效方式之一。本文在分析混合型直流断路器开断原理及其特性的基础上,对断路器与直流限流器的配合问题进行研究。首先,以ABB公司混合型直流断路器为例,通过PSCAD/EMTDC软件建立仿真模型,对其开断原理和过程进行分析;然后,根据直流电网电压等级、开断电流大小和开断过程IGBT承受电压电流等不同要求,研究限流器对断路器的影响,进而确定匹配原则;最后,通过故障状态分析计算确定限流器的参数。     

限流器用第二代超导带材大电流冲击过程的物理模型研究

为研究用于电阻型超导限流器的第二代(2G)超导带材的故障限流特性,本文对在该过程中带材的瞬态物理变化进行分析,结合2G超导带材的物理结构及成分配比,针对短时交流大电流冲击下超导体瞬间从超导态转变为有阻态过程,建立超导带材的物理模型。利用Matlab对该过程进行数字建模仿真,获得故障限流过程中超导带材的电流、电阻等系列参量的直观变化规律,并对上述物理模型进行校验,实验验证仿真结果的有效性。     

Application study of a high‐temperature superconducting fault current limiter for electric power system

Using high‐temperature superconductors, a superconducting fault current limiter (SFCL) was fabricated and tested. The superconductor and a vacuum interrupter serving as a commutation switch were connected in parallel with a bypass coil. When a fault occurs and excessive current flows, the superconductor is first quenched and the current is transferred to the bypass coil because of the voltage drop of the superconductor. At the same time, since a magnetic field is generated by the current flowing in the bypass coil, the commutation switch is immediately driven by an electromagnetic repulsion plate connected to the driving rod of the vacuum interrupter (VI), and the superconductor is separated from this circuit. Using the test model, we were able to separate the superconductor from the circuit by the movement of the VI within a half current cycle and to transfer all current to the bypass coil. Since the operation of the commutation switch is included in the current limiting operation of this test model, it will be a useful circuit in the development of SFCL in the future. Moreover, since it can make the energy consumption of the superconductor small during the fault state due to the realization of a high‐speed switch with simple composition, the burden on the superconductor is reduced compared with the conventional resistive type of SFCL and it is considered that the flexibility of SFCL design is increased. Cooperation with a circuit breaker was also considered; trial calculations of the parameters and energy of operation were conducted and a discussion of the installation of the SFCL in an electric power system is presented. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 155(4): 20–29, 2006; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20265     

桥式超导故障限流器的数字仿真研究

桥式超导故障限流器,它由超导磁体、二极管桥路和直流偏压源组成。超导故障限流器与常规限流电抗器不同之处是:将其接入电网,当电力系统正常运行时,超导体电阻几乎为零,对电力系统运行无影响;当电网发生短路故障时,超导线圈可以无时延地被自动串入线路,从而限制了短路故障电流,使得轻型断路器可以正常动作。通过PSCAD软件对超导故障限流器的运行特性进行仿真分析,证明超导故障限流器在电力系统中应用的意义与前景。     

Fundamental performance of superconducting fault current limiter with two air core coils

In this paper, we theoretically compared the fundamental characteristics of fault current limiter (FCL) with high‐Tc superconductor (HTS) and two coaxial air‐core coils based on steady‐state analysis. Two types of FCL are possible. One is parallel type and the other is transformer type. The parallel type can be divided into two types according to the combination of the winding direction of coils. That is, there are two cases that the coils are wound so that the magnetic fluxes induced by coils reduce and increase each other. In this paper, we called them parallel type 1 and 2, respectively. There is no significant difference in the HTS volume required to satisfy both the specified limiting impedance Z_FCL and initial current I_ini in limiting operation among those three FCLs although the HTS in each type of FCL has different length and cross‐sectional area. In the cases of those FCLs, we can improve the current limiting performance by arranging the HTS in the coils and applying the magnetic flux to the HTS in the limiting operation. The magnitudes of the magnetic flux density are almost the same. From the viewpoint of the FCL impedance in normal operation, parallel type 1 has the most desirable structure. On the other hand, transformer type is the best to eliminate the magnetic flux applied to the HTS in the normal operation. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 165(3): 29–36, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20477     

基于耦合电感的直流故障限流器

柔性直流电网存在故障电流上升速度快、幅值高,感性元件储存能量大等问题,这造成故障电流难以分断,并且使得直流断路器的耗能支路承受巨大压力。为了限制故障电流峰值并且降低直流断路器耗能压力,提出一种基于耦合电感的直流故障限流器。当发生短路故障时,该故障限流器利用电感耦合特性等效投入电阻与电容组成的限流支路,以实现无延时的故障限流;当直流断路器分断故障电流时,该故障限流器利用耗能电阻耗散耦合电感储存的能量,从而分担直流断路器耗能压力,以达到降低避雷器容量需求、加快故障电流分断速度的目的。大量电磁暂态仿真结果表明,所提故障限流器具有良好的限流效果,能极大降低直流断路器的耗能压力。且该故障限流器制造成本低,易于实现。