超导限流式无弧分断直流断路器研究

针对系统可靠运行与快速切断故障电流间的矛盾,提出一种基于超导限流的无弧分断直流断路器结构。该结构利用超导限流单元有效抑制了故障电流峰值,加快了换流速度,结合全控器件减少换流次数,解决了因可靠性延时期间过快的电流增长率,并缩短开断时间。对超导限流单元进行建模,通过数学模型分析断路器各阶段工作状态并进行了仿真。结果表明,该结构能够在提高分断速度同时有效缓解可靠性与速动性间的矛盾。     

基于分裂电抗器的开关转换型超导直流限流器

多端柔性直流电网技术的发展面临快速限制短路电流的巨大挑战。超导直流限流器被认为是故障限流的最有效解决方案之一。提出了一种基于分裂电抗器的开关转换型超导直流限流器,该限流器通过限流单元(分裂电抗器的绕组由YBCO带材绕制)与固态开关相配合,稳态时,限流器呈并联结构,等效电感小,运行损耗低;故障发生后,限流器转换为串联结构,并受大电流冲击而失超,产生较大的限流电阻,能够有效限制短路电流。基于MATLAB/Simulink建立了超导限流器模型,仿真分析了限流过程中的电流变化情况,对比分析了开关动作前后的限流情况,验证了该限流器的可行性。     

电阻型超导限流高压直流断路器研究

多端高压直流网络中的关键技术之一是直流线路故障时快速可靠地分断故障电流,为此本文研究了一种基于电阻型超导限流器的高压直流断路器。该断路器由限流与关断两部分组成,当线路发生故障时首先经过限流部分触发超导限流器,从超导态转变到正常态,产生电阻限制故障电流,且使故障电流转移到由全控型IGBT与避雷器并联组合成的支路上,进一步使故障电流减少,从而使隔离开关可靠断开,隔离故障线路。通过Matlab/simulink仿真表明,该断路器快速分断大故障电流可行。     

不同类型直流超导限流器的技术经济分析

目前柔性直流输电技术的主要瓶颈在于直流侧短路电流开断困难,采用超导限流器能够有效限制短路电流,从而提高直流开断的可靠性和经济性。对电阻型、饱和铁芯型、混合型超导限流器以及机械式直流断路器进行了建模,在四端柔直系统发生双极短路的工况下,研究限流器与断路器的配合保护效果,分析三种类型超导限流器的限流效果以及对直流断路器暂态特性影响,关注断路器最大开断能力、最大电压应力和能量应力等性能指标。评估了限流器的超导带材用量,从技术经济性的角度对三种类型超导限流器进行了比较。     

用于柔性直流输电的电阻型超导限流器优化策略研究

电阻型超导限流器应用于柔性直流系统的短路故障限流,可以有效降低与之配合的断路器开断要求。通过建立基于实测数据的YBCO超导带材短时电流冲击模型,发现超导带材失超电阻过小是影响限流性能的主要因素。针对此问题,提出了低温优化策略和带材结构优化策略,两种策略都可通过减少导电金属面积来达到节省带材的目的。最后,根据直流系统和限流器要求,提供了一种带材结构综合优化算法,并利用模型仿真验证了其有效性。     

新型桥路型高温超导故障限流器的仿真研究

研究应用于三相电力系统中新型桥路型高温超导故障限流器.正常工作情况,在电桥上引入直流偏置电流,不出现限流现象.在短路故障情况,整流桥中的直流偏流影响限流效果,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.分析了限流器的工作原理和限流特性.仿真结果表明,该限流器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.     

电压补偿型超导限流器在三相电网中的故障限流特性

基于电压补偿型超导故障限流器(SFCL)的单相电路结构和工作原理,提出了一种关于电压补偿型超导故障限流器的三相电路结构,并对其在三相电力系统发生不同故障时的运行特性进行了分析。利用Matlab/simulink建立仿真模型,仿真结果表明该电压补偿型SFCL的三相拓扑结构具有一定的可行性,对系统中发生不同短路故障时的短路电流都具有良好的限制作用。     

磁屏蔽型超导限流器电气建模与应用研究

超导限流器被认为是理想的电力系统短路电流限制手段。主要针对磁屏蔽型超导限流器的电气特性进行系统性的建模研究。首先,基于限流器工作原理和超导材料的特殊电测特性,在PSCAD/EMTDC仿真平台中对磁屏蔽型超导限流器进行了数值模型和电路模型的搭建。随后通过实验室级限流器样机短路实验对仿真模型的可靠性进行了验证,并基于模型完成过流失超机理分析。最后,完成含限流器的上海某10 kV配电网实际系统模型搭建,综合分析磁屏蔽型超导限流器对电网运行状态的影响并探索其限流特性。该文的结论有效证明了磁屏蔽型超导限流器的限流能力,稳定故障电压的能力以及快速的失超自恢复性能。     

智能电网超导装备的电磁设计与暂态特性分析

基于第二代高温超导材料的超导变压器和超导电缆作为智能电网超导设备,可以灵活应对电力系统发生短路故障等暂态环境,保证电网稳定运行。针对31.5 MVA,110 kV/10.5 kV的超导变压器和10.5 kV/1.85 kA的三相同轴电缆的联合运行开展电磁设计和暂态特性分析,提出了超导设备的结构参数和电气参数,建立了基于MATLAB和PSCAD/EMTDC包含可变电阻、损耗和电抗的仿真模型,仿真结果显示,超导变压器具有限流功能,配合超导电缆运行,超导电缆的出口短路电流降低了21%,大幅降低超导电缆的出口短路电流和故障中的产热,对于线路制冷系统和后续恢复具有重要意义。     

电力故障运行下磁偏置超导限流器超导限流单元的电-热特性分析与验证

本文的磁偏置高温超导故障限流器(SFCL)是一种新型超导限流器,在系统出现短路故障时,发生失超现象,产生高阻抗限制短路电流,达到一定时间后断开超导单元,再由双分裂电抗器二次限流.当短路电流消失后,自动快速恢复到无阻特性,然后重新合闸投入系统运行.在SFCL并网运行前,要对并网运行中出现相间短路等故障的暂态运行特性进行分析,了解并网运行时的状况.本文利用Matlab/Simulink构建了SFCL的仿真分析模型,包含超导限流单元的等效电路模型和热模型.该模型被接入一个由Matlab/Simulink构建的10kV电力系统模型中,用来仿真SFCL的并网运行特性.仿真结果表明了SFCL在并网运行中的效果,以及相间短路故障下失超电阻、通过电流和超导限流单元温度的变化.同时,在中国国网辽宁电力虎石台对SFCL进行了并网运行试验,得到了相间短路故障下的暂态运行特性和失超恢复时间.本文的仿真分析和试验结果,证明了该SFCL样机具备10kV 并网能力,以及快速响应、逐级限流和快速恢复能力     

混合型超导限流器与距离保护的配合研究

随着电网规模的增大和拓扑结构的日益复杂,短路故障电流持续攀升,超导限流器是最理想的短路故障电流限制装置,电力系统正常运行时,超导限流器的阻抗为零,对电力系统运行无影响,当电力系统发生短路,故障电流超过超导体临界电流,超导体失超呈现大阻抗限制短路故障电流.超导故障限流器无论是哪种限流原理,在限流的故障过程中总会有阻抗元件串入到系统中,从而使得电网参数发生变化,对继电保护产生影响.本文通过研究混合型超导限流器对距离保护的影响,借助于微机保护的快速实时特性,对线路距离保护的整定算法作相应的修改,解决混合型超导限流器与电网距离保护的配合问题.     

二代高温超导带材失超电阻的交-直流等效计算方法

超导故障限流器具有通态损耗低、响应速度快等优点,是一种应用场景广阔的超导电力设备,但二代高温超导带材失超电阻的有效计算较困难,难以同时满足计算精度和速度的要求。本文对YBCO高温超导带材进行交流和直流过电流冲击实验,测量了短路故障电流作用下带材的失超电阻特性。结果表明,带材失超电阻与积累能量具有一一对应关系,且该对应关系在交流和直流工况下一致。以此为理论基础,搭建了基于电阻-能量关系的电阻型超导限流器失超电阻计算模型,提出了交直流等效失超电阻分析方法,可用交流冲击实验等效替代直流实验,降低实验与仿真建模的难度。     

饱和铁芯型超导限流器的应用研究述评

在主动式短路电流控制措施中,超导故障限流器因其特殊的物理特性,具有可观的发展潜力。将饱和铁芯型超导限流器与其他几类超导限流装置进行了对比,调查分析了该类限流器及其超导材料在国内外的研究、应用进展。重点描述了国内正在试制的改进饱和铁芯型限流器的拓扑结构和工作原理,并针对此类装置的铁芯结构、直流绕组过电压、直流励磁系统等技术问题进行了讨论。从故障识别、超导材料、铁芯结构等方面分析了饱和铁芯型超导限流器未来发展的关键技术问题,为该型装备的深入研发与应用提供参考。     

电压补偿型超导限流器对电流保护的影响

基于电压补偿型超导故障限流器(SFCL)的工作原理,分析了电网故障时由于限流器限流阻抗串入对电流保护的影响.通过重新整定电流保护的动作值,得到了限流器与电流保护配合的解决方法.以一个10kV中性点不接地配电网为例,分别对引入SFCL前后系统三相短路的电流保护进行仿真,验证了该方法的有效性.     

磁通约束型超导限流器在舰船中压直流配电系统中的应用研究

为保障舰船中压直流配电系统在发生典型故障时仍能安全运行,将磁通约束型超导限流器应用于一种典型短路故障下的舰船中压直流配电系统,分析该限流器的工作原理和数学模型,并用PSCAD/EMTDC仿真,在舰船中压直流配电系统中选取同步发电机出口侧三相接地短路作为故障工况,通过安装限流器,验证限流器应用于舰船中压直流配电系统的有效性和可行性。结果表明,在舰船中压直流配电系统中,该限流器具有快速的响应速度和良好的限流效果。     

超导限流器限流性能的检测

在电网中加入超导限流器是限制电网短路电流的一种新技术。超导限流器的形式很多,不同工作原理的限流器其限漉特性也会有所差异,因此准确测量超导限流器的限流性能对研制超导限流器具有十分重要的意义。文中根据超导限流器的主要性能参数,设计了一套限流性能检测实验装置,该系统设计为三相380V/500A,可以模拟任意一相对地短路故障,能够检测出限流器正常阻抗、故障阻抗、响应时间和恢复时间等限流特性参数。     

饱和铁芯型超导限流器研究进展综述

电力系统短路电流对系统的稳定安全运行造成了极大的威胁,超导故障限流器是一种将超导技术、电力技术相结合产生的故障限流装置,能有效地限制短路电流。饱和铁芯型超导限流器是产业化前景较好的一种超导限流器,在对此类型的故障限流器进行了深入调研和广泛收集资料的基础上,介绍了饱和铁芯型超导限流器的工作原理,分析了它的优缺点,阐述了饱和铁芯型超导限流器的国内外发展现状,归纳了其在设计过程中的关键技术和制约其工业化应用的主要问题,并提出了技术建议,最后展望了饱和铁芯型超导限流的应用前景。     

超导限流变压器稳态磁热特性分析

高温超导限流变压器正常运行时,起到电压变换功能;在短路故障发生时,具有限流功能,在电网中具有潜在的应用前景。依据单相125 kVA(6 kV/400 V)高温超导限流变压器设计方案,采用磁热耦合分析方法与解析法对高温超导变压器额定运行时的磁热稳定性进行数值分析,得到了变压器稳态运行时绕组的电流分布、磁场分布、交流损耗数值、温度分布以及绕组最高温度,证明了超导限流变压器能够平稳运行,对超导限流变压器的实际应用提供重要的参考价值。     

基于SMES的超导电力集成研究超导限流贮能系统

本文探讨了基于SMES的超导电力集成的基本概念，分析了集成设计的基本原理．提出了一个基于SMES的超导电力集成应用实例：一种用于配电系统变电站应用的桥路型超导限流贮能系统（SFCL-MES），它既可以限制故障电流峰值和稳态值，也可以同时补偿系统电压，保证系统供电质量．讨论它的结构和集成原理，仿真试验验证了它的有效性．     

超导直流电缆的短路冲击特性分析

柔性直流输电应用场景逐渐丰富,超导直流输电作为一种新型输电技术,具有零电阻的优势,但直流网侧短路故障对超导电缆的冲击效应有待进一步研究。研究了Bi2223超导带材及其绕制的电缆短样在直流冲击作用下电阻、电压随电流的变化规律,总结出试样的短路冲击特性,并针对Bi2223带材与电缆的特性差异进行理论分析,得出电缆铜骨架结构能有效抑制直流冲击下的焦耳热生成,为超导直流电缆的优化设计和故障分析提供了理论依据。