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。     

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。     

电阻型超导限流器仿真模型及其对10 kV配电网的影响

在对电阻型超导限流器失超机理及失超过程进行深入分析的基础上,利用PSCAD仿真软件搭建了电阻型超导限流器的自定义模型,并通过仿真该模型的电阻、电流和温度曲线验证自定义超导限流器模型的正确性。对超导限流器与继电保护装置的配合问题进行了初探。理论分析及该模型的实例验证表明,模型较全面地呈现了限流器真实的工作状态。将其投入10 kV配电网中的仿真结果表明,超导限流器不仅对系统短路电流有显著的限制作用,同时还有利于改善非故障馈线的供电电压质量。为了与继保装置配合,选择最优的超导限流器参数将对限流器的挂网运行有重要参考价值。     

超导故障限流器的应用研究新进展

在对原有超导限流器分类的基础上,论述了超导限流器在电力系统应用的最新进展及国内外的工程情况。着重介绍了电阻型、桥路型、桥路串阻型及全控桥型等几种具有较高应用价值的超导故障限流器的原理及特点,并对限流储能相结合的超导设备原理进行了探讨。最后,指出了超导限流器的未来发展趋势及面临的若干问题。     

电阻型超导限流器失超电阻测量方法

针对安装于高压柔性直流电网中的电阻型超导限流器的失超电阻难以测量的问题,提出一种适用于高电压等级下超导限流器的失超电阻间接计算方法。该方法利用超导限流器样机失超电阻易于测量、对试验环境要求相对较低的特点,通过超导限流器失超电阻和其常温电阻之间存在的比例关系,基于热等效原理对超导限流器样机进行交流冲击试验,进而获得样机的失超电阻值;最后通过推算得到了超导限流器的失超电阻值。通过与仿真模型仿真值的对比证明了计算结果的准确性。     

超导故障限流器技术综述

介绍了电阻型、感应型、混合型、磁屏蔽型、饱和铁芯电抗器型、桥路型、有源型、三相电抗器型等几种实用性较高的超导故障限流器结构和工作原理,并分析了各类超导限流器的优缺点,为SF-CL的深入研究提供参考。     

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。     

超导故障限流器的应用研究新进展

在对原有超导限流器分类的基础上，论述了超导限流器在电力系统应用的最新进展及国内外的工程情况。着重介绍了电阻型、桥路型、桥路串阻型及全控桥型等几种具有较高应用价值的超导故障限流器的原理及特点，并对限流储能相结合的超导设备原理进行了探讨。最后，指出了超导限流器的未来发展趋势及面临的若干问题。     

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。     

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。     

基于超导限流器混合式直流断路器开断特性分析

为了降低混合式直流断路器在直流配电网中开断故障电流时所承受的应力,提出一种基于电阻型超导与绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)控制限流电阻相结合的桥型电路拓扑结构的混合超导限流器,并对影响混合式直流断路器开断暂态特性的因素进行分析研究。该种桥型超导限流器通过IGBT可分级控制接入电阻,弥补故障时超导失超阻值大小不可调节的缺点,通过超导限流器和混合式直流断路器的配合,在故障前期由超导限流器抑制故障电流上升率,并当故障电流上升到断路器动作电流时,则令混合式直流断路器动作从而切断故障支路。为了分析含超导限流器直流断路器的开断应力,建立了含有超导限流器与混合式直流断路器分断故障电流的暂态电网回路,并从理论上推导、分析加入超导限流器后,混合式直流断路器在开断故障电流时所承受的应力变化。最后通过在MATLAB/Simulink中搭建桥型超导限流器和混合式直流断路器的暂态回路模型,仿真验证所提超导限流器的有效性和实用性。     

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。     

220 kV分裂电抗型超导限流器的仿真与优化设计

输电网的短路故障电流大、危害范围广,实现高压电网的短路故障限流有非常重要的意义。为了降低超导限流器的制造成本和提高其限流能力,提出了一种分裂电抗型超导限流器拓扑,进行了限流原理理论分析和建模方法的研究。针对220 k V输电网,建立了系统仿真模型,开展了限流器的参数优化方法研究和限流特性分析。并进行了电阻型超导限流单元和分裂电抗器的优化设计。研究结果表明:分裂电抗型超导限流器能够降低超导带材的使用量,提高超导限流器的限流能力和运行可靠性,为220 k V/1.5 k A示范样机的研制奠定了基础。     

超导限流器基本概念和发展趋势

超导限流器是多年以来人们在超导电力技术领域的研究焦点之一,也是被认为最有可能率先实现工业化应用的超导电力设备。本文在介绍超导限流器的基本概念、组成要素和功能特点的基础上,讨论了超导限流器设计和应用相关的一些重要技术参数和性能指标。文章还较系统地分析了电阻型和饱和铁心型两种目前发展水平较高的超导限流器的工作原理和应用情况,并比较了两者的优缺点。随着性能的进一步完善,可靠性和可用性的进一步提高,超导限流器有可能成为理想的电网短路故障限流装置。作者期待在不远的将来超导限流器会在各种电网中得到广泛的应用,并由此推动电网的深刻技术革命。     

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。     

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。     

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。     

磁通耦合型饼式线圈短时直流冲击特性研究

基于电压源型换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)技术在经过多年的研究后取得了一定的进展,并且已有多项工程在运行中。然而直流短路故障的处理仍然是VSC-HVDC电网亟待解决的问题之一,目前的断路器难以在短时内开断如此大的故障电流,因此要与限流器进行配合。电阻型超导限流器(RSFCL)已经在交流情况下进行了大量的研究,它被认为是最具有潜力的直流限流技术。然而传统的双绕无感线圈并不适用于直流输电场合,由于结构特殊使其在直流高压故障中容易发生闪络,造成超导限流器发生不可控的后果,因此需要新型的线圈结构来满足柔性直流输电保护的需求。本文基于连续式单饼限流线圈结构,对不同磁通耦合连接方式的磁场分布进行了仿真分析,建立了短时直流大电流冲击平台;同时设计了磁通耦合型饼式线圈,并对其进行了高压过电流冲击实验与分析,计算了冲击电阻过程中的电阻和热量变化并进行了讨论。本文的分析结果对电阻型直流超导限流器的设计,以及阈值与裕量的确定有一定的指导意义。     

非电阻型高温超导限流器概述

短路电流会威胁电网电力系统的安全可靠运行,人们将超导技术应用于电力系统中,并有效结合电力技术,研制出了高温超导故障限流器。故障限流器可以限制短路电流及其所造成的危害,有效地维护电网安全。高温超导故障限流器可分为电阻型和非电阻型,饱和铁芯型高温超导限流器是非电阻型故障限流器的一种,它集众多优异特性于一体,限流恢复时间极短、限流功能可靠以及输电稳态损耗极小,因此有非常广阔的产业化前景。     

短路限流技术的研究与发展

综述了国内外限流技术研究与发展状况,概述了各种短路故障限流器(如超导限流器、磁元件限流器、PTC电阻限流器、固态限流器)的特点;详细介绍了固态限流器的工作原理和样机研制、试验情况,为限流技术及新型限流装置的研发提供了参考。