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.     

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     

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.     

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。     

基于YBCO的变压器型双面超导薄膜限流器

超导限流器对于其他限流器而言具有响应时间短、能够自动恢复等优点,是一种十分理想的限流器.相对于单面超导薄膜的结构特点,双面超导薄膜的失超电阻是其两倍,基于此提出了将双面超导薄膜应用于变压器型超导薄膜限流器中.通过理论分析并且进行实验对单面、薄膜双面串联情况下的限流效果进行了对比,并改变原边电感观察其对限流效果的影响.通过实验,副边负载以及变压器性能对限流效果影响明显.     

饱和铁心型超导限流器

饱和铁心型超导限流器具有限流功能可靠、输电稳态损耗小、限流恢复时间短等优异特性。根据其工作原理,一方面,用于直流励磁的超导绕组自身不承受短路电流冲击,这避免了其它类型超导限流器中由于超导绕组失超所带来的诸多技术难题;另一方面,其主体电抗器可以借鉴成熟的铁心电抗器技术。因此,饱和铁心型超导限流器的以其优异的性能特性和成熟的工程实现技术,成为迄今为止人们研究的各类超导限流器中的最具实用价值的一种。在电网容量不断扩大,智能化水平不断提高的今天,饱和铁心型超导限流器有非常广阔的应用前景。文中将叙述饱和铁心型超导限流器的基本原理、结构形式、功能特性,并对已在云南普吉变电站挂网运行的35kV/90MVA超导限流器进行简要介绍。     

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。     

电阻型超导限流器中带材失超与恢复特性

电阻型超导故障限流器中带材失超和超导恢复特性受电流、温度、磁场等因素影响,以YBCO超导带材为研究对象,建立了饼式线圈和螺线管式线圈绕制模型,分析了两种线圈中磁场分布特性,在液氮冷却条件下,表明了温度、磁场对临界电流密度和失超电阻率的影响;通过分析在三角波形故障电流作用下带材失超和超导恢复过程中的热过程,表明了超导恢复时间与失超后的温度和散热条件有关,当温度低于105 K时,超导特性恢复较快。为超导限流器的结构、冷却设计提供参考。     

YBCO双面薄膜失超电阻与失超回复特性研究

本文研究了以La Al O3(铝酸镧)为基片的YBCO(钇钡铜氧)矩形双面薄膜制作的微型电阻型超导直流限流器,通过短路实验测试了不同情况下限流器产生的失超电阻,并在此基础上进一步研究了其失超回复过程。YBCO双面薄膜产生的失超电阻较大,失超回复较快,通过短路实验测试薄膜在不同情况下的失超回复时间,发现其能够实现在自动重合闸动作之前回复超导态。     

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。     

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。     

一种用于电阻型超导限流器新型结构的第二代高温超导带材

电阻型超导故障限流器(R-SFCL) 结构简单、 限流效果好等优点, 在电力系统中具有广阔的应用前景. 超导故障限流器的发展经历了实验级、 配电级、 输电级样机研制等阶段. 随着超导限流器容量不断攀升, 由于单根材料性能的限制, 不可避免在系统中会采用大量的串并联方式. 带材的临界电流和耐瞬态冲击能力决定着一个限流器在额定电流通流下和过流冲击下的并联支路数. 带材的失超电阻决定着一个限流器在一定故障电流抑制率下的串联支路数. 通过分析目前 REBCO 超导带材的参数和典型的限流器设计参数, 发现了超导带材电流和耐过流冲击相差近3 倍的关系. 本文提出了一种宽的不锈钢封装窄的超导带结构, 目的是让不锈钢的宽度与超导带材的宽度保持在3 倍的关系, 以贴合部分限流器的需求. 经过测试, 结果显示低成本新结构的超导带材瓶颈性能保有原结构带材的91 .3% , 成本下降一半, 这对未来电阻型超导限流器成本的降低来说是一个非常好的选项.     

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。     

改进桥路型高温超导限流器的实验研究

本文介绍了单相基本桥型高温超导限流器的基本工作原理,及其参数变化对限流特性的影响.在此基础上研究应用于电力系统中的改进桥路型高温超导故障限流器实验室样机,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;短路故障情况,整流桥中的直流偏流影响限流效果,在桥路上引入限流电阻,使故障电流限制到预定的范围.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.实验表明,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。     

高温超导限流电缆研究现状与发展趋势综述

高温超导限流电缆是一种新型超导电缆,充分利用了第二代高温超导体的优势,在电力系统正常和故障状态时分别表现低阻抗载流和高阻抗限流特性。高温超导限流电缆集成了超导电缆与超导限流器两种超导电力装备的功能。对于超导电缆和超导限流器,分别都有相关研究综述,而对于高温超导限流电缆缺乏系统性综述研究。从高温超导限流电缆的原理与结构出发,综述国内外有关高温超导限流电缆的研究现状,针对面临的技术问题进行分析。总结出高温超导限流电缆动态电流分布、载流限流瞬态变化过程、高温超导限流电缆接入到电力系统的新拓扑结构等关键技术和基础科学问题,获得了高温超导限流电缆未来的发展方向和趋势。     

饱和铁芯型超导限流器对电力系统暂态稳定的影响

运用超导电力技术研发的超导限流器与电力系统传统的限流装置相比,具有显著的优势,其中饱和铁芯型超导限流器SCFCL(saturated core superconducting fault current limiter)结构简单且具有良好的短路电流限制作用,在其保障电网中电气设备安全运行的同时对系统的暂态稳定性产生了相应影响.通过分析饱和铁芯型超导限流器工作原理在PSCAD/EMTDC中建立其电磁暂态模型,接入到IEEE 3机9节点典型网络中进行时域仿真,观察不同类型故障情况下的功角摆动曲线,分析饱和铁芯型超导限流器的投入对电力系统暂态稳定的有利和不利影响,为饱和铁芯型超导限流器在电网里的应用提供理论参考.     

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。     

新型磁屏蔽感应型超导故障限流器的研究

在研究磁屏蔽感应型超导故障限流器原理的基础上,提出了一种新型磁屏蔽感应型高温超导故障限流器,它主要由一次超导绕组、二次超导圆柱形屏蔽筒、铁芯和液氮冷冻箱组成,其工作原理是利用超导绕组和超导筒从超导态转变到正常态时其阻抗的快速上升而限流,对应用于三相系统的新型磁屏蔽感应型超导故障限流器进行了仿真研究,它能显著地减少暂态及稳态的故障电流,有效地提高电力系统的稳定性.     

一种新型桥路型HTSFCL的实验研究

在研究一种新型桥路型高温超导限流器的限流原理的基础上,研制开发了一台三相600V、故障电流峰值100A的实验室样机.本文介绍了该限流器的功率电路、控制器、低温容器和高温超导磁体等部分的结构特点和功能.在三相系统中进行了各种短路故障限流实验,结果表明该限流器有较强的限流能力和重合闸能力,说明新型高温超导限流器的研究对改善电网动态性能和提高电网电能质量有十分重要的意义.     

一种新型直流混合型HTSCFCL的实验研究

在研究直流混合型高温超导限流器和失超型桥式高温超导限流器原理的基础上,提出了一种新型单相直流混合型高温超导限流器.实验表明该限流器有较好的限流能力,MATLAB仿真结果也表明该限流器模型设计参数准确,限流效果明显.说明新型直流混合型高温超导限流器对限制短路电流和提高系统的稳定运行具有十分重要的意义.