超导故障限流器及其研究现状

本文介绍超导故障限流器的类型，结构和原理，并对各类限流器进行评价，综合了其研究现状和发展趋势。     

电阻式直流超导限流器原理与设计

直流输电系统面临着故障电流开断困难的问题,超导直流限流技术是解决该难题的可行手段之一.文章对直流超导限流器的原理进行了介绍,总结了其原理和特性、研制中的关键问题、预期的经济效益,并以一±160 kV样机为例介绍了限流器的主要参数,让读者对直流超导限流器有一个初步的认识.     

超导故障限流器及其进展

阐述了超导限流器的工作原理和结构，并介绍国外最近研制的超导限流器模型、特性和试验结果。     

超导故障限流器

电力系统的高速发展导致了短路电流水平急剧增大，短路电流的增加严重影响了电网的安全运行。超导故障限流器集检测，触发和限流于一身，可快速有效地限制短路电流，突破电网安全瓶颈，有效解决困扰电力系统发展的短路电流问题。文中介绍各种超导故障限流器的基本工作原理、国内外发展概况及其应用情况。     

超导限流器研究与开发的最新进展

介绍了超导限流器的基本工作原理、技术特性、并详细介绍了饱和型、桥路型、电阻型、变压器型、混合型、三相电抗型、屏蔽型等7类超导限流器的结构及工作原理,综述了超导限流器的国内外发展状况,同时提出了超导限流器应用所持有的3个方面的研究课题。     

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。     

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。     

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。     

超导故障限流器的电力应用研究进展

从限制电力系统短路电流出发,介绍了一种全新的超导限流技术,分析 了超导故障限流器的限流原理和特性,详细介绍了6种类型的超导故障限流器结构及其工作 原理,并阐述国内外各种超导故障限流器的研究现状和前景。     

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。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

Studies of characteristics and design of superconducting fault current limiter with adjustable trigger current level in current limiting operation

Superconducting fault current limiters (SCFCLs) are expected to improve not only reliability but also stability of power systems. To introduce an SCFCL in a power system, various specifications such as trigger current level, impedance in current limiting operation, recovery time, and so on are necessary. Fault analyses point out that accuracy of the trigger current level is necessary. Therefore, an SCFCL of a transformer type with adjustable trigger current level was proposed and manufactured. Using the trial SCFCL, adjustability of the trigger current level was confirmed. It is found that the SCFCL has good limiting and recovery characteristics. In this paper, characteristics of the SCFCL are considered from a design point of view. Most of the specifications necessary for design depend on the characteristics in current limiting operation. Therefore, the characteristics of the SCFCL in current limiting operation are discussed. It is shown that this kind of SCFCL has good property for easy design, and its design principle is summarized. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 141(3): 30–38, 2002; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10054     

Proposed hybrid superconducting fault current limiter for distribution systems

In this paper, a new hybrid fault current limiter is proposed for primary distribution systems. It incorporates a high temperature superconducting element in parallel with other two branches. The first is an inductive impedance to share the fault current with. The second branch is a gate-turn-off thyristor switch controlled to work in either of two modes. For the main mode, it controls the temperature of the superconducting element and protect it against damaging excessive heating. Instead, it keeps the device applicable without that superconducting element in the auxiliary operation mode. The design, control and operation of the device is addressed. Its performance in 11 kV distribution systems with DG is investigated. The factors affecting the device behavior for different scenarios are explored.     

Bridge-type superconducting fault current limiter effect on distance relay characteristics

The growth of the electrical energy generation and the increased interconnection of networks lead to higher fault current levels. The superconducting fault current limiter (SFCL) offers a solution to these problems with many significant advantages. The bridge-type SFCL can limit the fault current without any delay and smooth the surge current waveform. The application of SFCLs in networks can affect the protection system. In this paper, the impact of the bridge-type SFCL on the apparent impedance of the distance relay is studied. The analytical and simulation studies are presented for phase to ground and phase to phase faults, to show the impact of the bridge-type SFCL on the performance of the distance relay and its characteristics.     

基于限流器与断路器协调的混合直流输电系统故障隔离方法

为妥善处理混合直流输电系统的故障隔离问题,提出了一种基于限流器和直流断路器协调的故障隔离方法。阐述了限流器和直流断路器的结构与建模思路,设计了两者的时序协调方案。考虑限流器动作和断路器分断各暂态阶段,建立了混合直流输电系统的故障等效电路,理论推导了系统峰值电流、耗散能量和故障清除时间的数学关系。利用PSCAD/EMTDC平台,搭建了320 kV混合直流输电仿真测试系统。仿真比较了不同限流电阻、主断路器延时及故障深度下系统的暂态性能。仿真结果验证了所提方法在抑制短路电流、加速故障隔离与降低断路器耗散能量等方面的积极效应,肯定了其应用于混合直流输电系统的有效性和适应性。