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%。     

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。     

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。     

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。     

短路限流器的配置与优化

讨论了电力系统短路电流计算方程,在此基础上建立了由系统短路电流限值确定限流器阻抗的数学模型。对于单组限流器,该模型为线性方程组,具有唯一解,对于多组限流器则为线性不定方程组,存在多解情况。运用广义逆方法和优化方法,直接从线性不定方程组的相容解集合中求得符合要求的优化解,在系统短路电流不超限条件下实现多组限流器的配置和优化。算法具有非常良好的收敛特性和较快的计算速度,适合大系统应用。许多情况下使用单组限流器不能满足要求,而使用多组限流器则可以有效地将系统短路电流抑制在要求范围内。工程实例验证了算法的有效性和实用性。     

10 kV磁偏置超导限流器限流阻抗特性实验研究

结合系统运行工况,建立10 kV电网短路限流暂态过程数学模型,分析不同阶段的限流机理,给出磁偏置超导限流器阻抗特性变化趋势。搭建10 kV系统磁偏置超导限流器阻抗特性试验电路,测量不同限流工况下的电流波形,获得磁偏置超导限流器阻抗特性的等效方程和变化规律曲线。研究结果表明：稳定运行阶段,磁偏置超导限流器的等效阻抗为0.13 Ω;初始限流阶段,在设置的工况1、2下磁偏置超导限流器的电流峰值限流率分别为13.18 % 和8.98 %;稳态限流阶段,磁偏置超导限流器的等效阻抗为1.667 Ω,在设置的工况1、2下其电流峰值限流率分别为16.23 % 和14.13 %。给出限流器初始限流阶段阻抗特性数学方程。     

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。     

应用于谐振型限流器的双分裂铁心电抗器研究

为了降低串联谐振型限流器中流过晶闸管短路电流的幅值和上升率,提高电容器旁路电路的可靠性,提出一种双柱双分裂铁心电抗器,将晶闸管串接在双分裂电抗器的一个支路,然后再与补偿电容器并联。系统正常运行时,双分裂电抗器表现为大电感,流过的电流很小;在电网线路发生短路故障时,晶闸管导通,双分裂电抗器表现为小电感,快速转移流过补偿电容器的短路电流,谐振状态破坏从而实现限流功能。设计并制作了一台应用于400 V串联谐振型限流器的双柱双分裂铁心电抗器样机,基于三维棱边有限元法对电抗器磁场分布和电感参数进行了计算。电抗器以单支路小电流模式运行时,电感为192 m H;以双支路大电流运行模式时,电感为151μH。通过短路电流冲击测试发现,双分裂电抗器可实现电流快速转移且两支路电流均匀分配,电感测试值与仿真值吻合较好。为了降低晶闸管的冲击电流,提出一种在保持单支路运行电感恒定的前提下调整双支路运行电感的方法,仿真结果证明了该方法的有效性。     

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...     

考虑漏磁效应的永磁饱和型故障限流器磁路建模与实验研究

漏磁效应对永磁饱和型故障限流器(permanent-magnet-biased saturation based fault current limiter,PMFCL)的动态特性具有重要影响。针对一种直线式PMFCL的磁拓扑,以铁心磁通的工作零点作为分界阐明了其2个阶段的限流机理,指出铁心磁通自过零反向后将发生畸变,永磁体不再参与限流过程。基于磁场分割原理实现2类等效磁路模型中总漏磁导和漏磁系数的计算,针对拟圆环截面磁通管的漏磁导,提出基于曲线拟合而改变积分变量的求解方法。在Matlab/Simulink环境下建立了考虑漏磁效应的PMFCL仿真模型,分别与小电流和大电流工况的实验结果进行对比,验证了建模方法的有效性。     

基于高耦合电抗器的500 kV限流器限流特性等效试验

基于高耦合电抗器的500 kV限流器在限流状态下的阻抗较大,而由于试验室电源电压有限,限流状态下的试验电流远小于额定短路电流,因此500 kV限流器在额定短路工况下的限流特性试验和动稳定性考核试验无法直接进行。针对上述问题,提出了一种间接验证限流器限流特性的等效试验方法。通过设计降低阻抗参数的比例缩小样机,在试验室条件下进行全电流的比例缩小样机间接试验,同时结合试验室内500 kV限流器比例缩小样机的低电压试验和500 kV限流器接入实际系统的高电压人工短路试验,综合验证500 kV限流器的限流能力。研究结果表明,500 kV限流器在额定短路工况下的限流幅度满足设计要求,所设计试验方法具有良好的等价性。     

经济型三相饱和铁芯故障限流器

故障限流器是限制高压电网短路故障电流的有效措施。由于高压故障限流器存在限流器是单相结构、励磁容量大、损耗高、体积大和成本较高等问题,提出了一种经济型三相饱和铁芯故障限流器结构。该结构采用三相共用铁轭方式,能有效限制电网的各种短路故障电流,具有永磁体涡流损耗小、永磁体可靠性提高、铁芯磁性材料和永磁体用量小等显著优点。首先介绍了经济型三相饱和铁芯故障限流器的工作原理,建立其等效电路和磁路模型。其次采用有限元方法分析了经济型三相饱和铁芯故障限流器各种状态的阻抗特性和磁场分布特性。最后设计并研制出限流器小容量试验模型,开展了试验研究。仿真和试验结果均证明了文中所提出方法和结构的可行性和有效性。     

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。     

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.     

基于空心超导变压器的可控阻抗型限流器试验

可控阻抗型超导限流器是一种新型的故障限流器,它由空心超导变压器和脉宽调制（PWM）变流器组成。系统正常运行时,变流器的输出电流与系统电流满足一定关系,使得超导变压器一次侧两端电压被补偿为0,限流器对系统无影响。当发生短路故障时,通过控制变流器输出电流的幅度和相位来调节限流器等效接入系统的阻抗,进而实现限流目的。为检验该限流器的有效性及空心超导变压器的可行性,进行了小型样机的试验研究。试验结果与理论分析相符,这对下一步开展可控阻抗型超导限流器在实际电力系统中的应用有重要指导意义。     

一种快速储能式直流限流器拓扑的电气参数分析

传统饱和铁心型故障限流器在开断时反向过电压较高,而耗能型故障限流器承受故障电流时间长、发热大和成本高,因此该文提出一种快速储能式直流限流器拓扑,具有过电压小、响应快及能量二次利用等优点.首先,分析该快速储能式限流器的拓扑结构和工作原理,即通过磁耦合的方式引入辅助支路,从而实现快速吸收故障能量的目的;其次,建立该限流器的电路模型,给出主要电气参数设计方法;然后,通过磁路有限元与电路仿真相结合,对关键电气参数进行优化计算;最后,进行全过程工况仿真,得到限流器的暂态电压和电流波形,并通过与解析解计算结果和不同类型直流限流器仿真结果的对比.验证了该文所提出限流器的可行性和有效性.     

超导故障限流器在电力系统中的应用研究

超导故障限流器与常规限流电抗器不同的是：它不但可以限制短路电流,使得轻型断路器可以正常动作,而且在电网正常运行时不呈现任何阻抗和电压降。首先对超导故障限流器的原理,分类及主要运行参数进行了讨论。通过ＥＭＴＰ９６对超导故障限流器的运行特性进行了仿真,证明超导故障限流器可以在电力系统中的应用。     

空心超导变压器参数设计对可控阻抗型限流器性能的影响

介绍了可控阻抗型超导限流器的电路结构和工作原理,该限流器由空心超导变压器及PWM变流器组成.故障发生后,通过变流器控制变压器二次侧注入电流的相位和幅值,进而调节限流器的等效阻抗,从而实现抑制短路电流的目的.针对空心超导变压器参数设计对限流器工作性能的影响,以初始补偿电流、不同工作模式下的限流阻抗以及变流器的功率传输为指标,进行了理论研究;以该型限流器在一个三相接地系统的应用为例,利用Matlab建立仿真模型,分析了不同变压器参数下限流器工作性能的差别.仿真结果与理论分析相符,得出如下结论:增大变压器一次侧自感有利于加强限流能力;增加变比会导致初始补偿电流的上升;提高耦合系数有助于降低变流器的无功功率输出.     

新型桥式固态限流器原理及试验研究

随着电网容量的不断扩大,短路电流的限制技术已成为故障保护的一个研究热点。重点介绍一种新颖的桥式固态限流器拓扑及工作原理,并根据此原理研制了220V/2200A桥式固态限流器,正常运行时限流器阻抗几乎为零,短路时自动投入,短路电流缩减率达到50%以上。     

超导限流器短路实验的平台搭建及实验项目的实现

介绍了超导限流器短路实验平台的搭建过程及其工作方式与原理,并给出实验数据从下位机DSP采集到上位机VB程序调用的过程。进行了二硼化镁超导限流器在液氮条件下的短路实验,实验结果表明该平台能正确反映大电流发生器两侧电压以及超导线圈电流,并有效测量超导线圈的温度变化,为后续液氦条件下的实验打下了基础。