分裂电抗型超导限流器的交直流限流特性

随着交直流电网规模的不断增长,纯电阻型超导限流器已经难以满足其限流需求。为了减少超导带材的用量并提高电阻型超导限流器的经济性,通过引入空芯分裂电抗器,研究了一种分裂电抗型超导限流器（DRSFCL）并对其基本限流原理进行了分析。通过建模和仿真研究,主要分析了DRSFCL在10 k V电压下的交直流限流特性,得到其在交流冲击下可有效地限制短路电流的第一波峰值,限流作用比较明显,且在直流冲击下也有较好的限流作用。最后通过直流冲击平台对部分直流仿真结果进行了试验验证,试验结果与仿真结果基本一致。     

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。     

一种改进串联谐振型限流器

串联谐振型限流器(Series-Resonant type Fault Current Limiter,SRFCL)实现故障限流的关键是电容器的旁路(或短路)操作。本文通过引入双分裂电抗器,改变了电容器的旁路方法,实现了对串联谐振型限流器拓扑的改进。在理论上,分析了改进型串联谐振型限流器工作原理,并详细研究了限流过程中双分裂电抗器的电感变化特点。研究了电网稳态时双分裂电抗器绕组自感对限流电抗器和电容器的谐振关系的影响,和故障限流过程中绕组漏感对限流器的限流能力的调节作用和对电容器过流的抑制作用。通过建模仿真,分析了双分裂电抗器的漏感和电容器振荡电流的频率和幅值关系,研究了避雷器(MOV1和MOV2)残压与线路电流和电容器电流的关系。最后,在参数优化的基础上,设计和研制了一台400V改进型串联谐振型限流器样机,测试结果表明了双分裂电抗器能够提高串联谐振型限流器的可靠性和限流能力。     

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。     

高压及超高压故障电流限制技术分析

220kV和500kV高压及超高压故障电流限制技术被认为是保障大电网安全稳定运行、提高供电可靠性和灵活性的有效途径。本文结合国内外高压及超高压领域的几个限流器工程示范项目,对比分析串联电抗限流技术、串联谐振限流技术、分裂电抗开断技术、超导限流技术以及其他混合限流技术的原理、设计和制造关键技术、可靠性和造价,并对各种限流技术的优缺点进行了评述。     

改进桥路型高温超导故障限流器的实验研究

由于基本桥路型超导限流器对短路电流稳态值限流效果较小,本文提出了一种改进桥路型高温超导故障限流器。正常工作情况下,限流器四个桥臂上的二极管均导通,对系统无影响;系统发生短路故障后的前100μs内,该限流器像基本桥路型限流器一样立即限制短路电流峰值,其后利用固态开关的切换,将二极管和偏压电源从限流器中退出运行,超导线圈的电感能限制故障电流峰值和稳态值,利用限流电阻与超导线圈串联限流,进一步提高其限流能力,从而使装置能有效地限制短路电流稳态值。实验表明,该限流器具有很好的限流和重合闸能力,能显著减少暂态及稳态的故障电流,有效提高系统动态稳定性和电网电能质量。     

电阻型高温超导限流器暂态电阻特性分析

高温超导故障限流器(SFCL)因集自触发、限流、损耗较小等优点已成为解决目前电网短路故障问题的有效设备,为电力系统中电能的传输质量和稳定性提供了有效保障。该文通过对YBCO超导材料电、热性能的分析,建立电阻型超导限流单元瞬态电阻与其通过的电流和所在环境温度变化规律的数学模型。应用电力系统电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC进行线路建模和短路故障运行状态模拟,并联合采用Matlab构建等效数学模型。通过数值暂态联合仿真分析,获得单相短路故障情况下与三相短路故障情况下超导故障限流器的限流比率及超导限流单元的电阻和温度变化特征。并对超导带材进行冲击电流试验,验证其电阻变化规律。计算和分析结果表明,在不同强度的短路电流冲击下,高温超导故障限流器产生的瞬态电阻受短路电流幅值和变化率影响较大。阻值变化的速率随短路电流变化速率的增大而增大,因此对于不同程度短路电流需采取不同的限流保护策略。该研究对超导限流器距离保护的研究提供了时间维度的参考,对掌握各种复杂拓扑类型高温超导限流器限流特性具有参考意义。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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,并阐述了国内外各种超导故障限流器的研究现状和前景。     

主动型饱和铁心超导限流器限流阻抗特性与动态仿真

饱和铁心型超导限流器(CICSFCL)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380 V/50 A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.     

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。     

电阻型超导限流器在柔性直流系统中的优化配置计算

电阻型超导限流器R-SFCL(resistive superconducting fault current limiter)在柔性直流系统中的优化配置是超导限流器应用的关键技术。通过对电阻型超导限流器在模块化多电平换流器型直流系统中的应用场景分析,得到R-SFCL不同安装位置对其限流能力的影响,并改进了超导限流器和直流断路器配合下换流站闭锁初期的多端柔性直流系统短路电流迭代计算方法,在此基础上提出了基于人工免疫算法的R-SFCL柔性直流系统中的优化配置计算方法。最后,通过五端柔性直流系统实例研究,给出了该系统中R-SFCL的最佳安装位置、安装数量、限流电阻大小和限流效果。     

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.     

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。     

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。     

160 kV 1 kA电阻型超导直流限流器设计与应用

电阻型超导直流限流器作为故障短路电流的新型抑制设备已被较多学者研究,但尚未有其在多端柔性直流输电系统实际场景中的设计、应用效果和相关影响性分析与研究。论文针对160 k V 1 kA电阻型超导直流限流器在南澳多端柔性直流工程的设计与应用进行了总结,主要包括以下几部分：(1)电阻型超导直流限流器在柔性直流输电系统应用的可行性研究与其对短路电流发展特性的影响分析;(2)超导直流限流器失超态电阻快速计算研究,基于R-Q曲线的在线迭代计算方法;(3)160kV1kA电阻型超导直流限流器参数与设备设计方案研究;(4)含电阻型超直流限流器的南澳柔性直流工程控制保护系统架构分析。最后,对加装所研发电阻型超导限流器的南澳柔性直流工程开展了人工短路试验,并通过仿真结果和实测数据验证了以上研究内容的正确性与有效性。