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。     

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。     

基于PSCAD的500kV饱和铁芯型超导限流器运行仿真研究

介绍了饱和铁芯型超导限流器基本原理,从结构原理上分析了饱和铁芯型超导限流器(SCSFCL)工作运行区间和阻抗特性。在分析SCSFCL工作阻抗特性基础上用EMTDC/PSCAD软件建立了饱和铁芯型超导限流器的电磁模型,搭建了500kV超导限流器基本运行电路,并在此基础上开展了系统仿真分析。     

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.     

超导故障限流器的研究现状及其应用

超导故障限流器(Superconducting Fault Current Limiter,SFCL)是利用超导体的基本特性,有效限制电力系统故障短路电流,提高电网安全性和稳定性的一种新型电力设备。文中在综合大量文献的基础上,对超导故障限流器进行了一种较为系统的分类。基于该种分类,结合目前国内外的研究现状,就电阻型、磁屏蔽型、饱和铁芯电抗器型、桥路型SFCL的工作原理作了详细的分析介绍,还给出了它们在电力系统中的安装位置。最后,对超导故障限流器的研究中存在的问题及其发展趋势做了说明。     

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.     

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.     

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。     

针对系统暂态稳定性的超导磁储能装置容量研究

电力系统中所需超导磁储能装置(SMES)的容量是其应用中一个重要研究内容.文章运用暂态能量函数法(TEF)分析含超导磁储能装置的单机无穷大系统的故障过程,对超导磁储能装置向系统注入有功,提高系统阻尼和改善系统暂态稳定性进行仿真分析.仿真结果验证了超导磁储能装置对系统的作用效果,在此基础上利用暂态能量初步分析了超导磁储能装置向系统注入能量和系统的暂态能量函数的关系,进一步探讨系统暂态稳定性对超导磁储能装置容量的要求.     

磁屏蔽感应型超导故障限流器的仿真研究

磁屏蔽感应型超导故障限流器主要由一次铜绕组、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筒从超导态转变到正常态时其阻抗的快速上升而限流,本文利用MATLAB仿真研究了该HTSCFCL模型,仿真结果证明该限流器能显著地减少了暂态及稳态故障电流,也表明该HTSCFCL能有效地提高系统的稳定性.     

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。     

高温超导故障限流器稳态与瞬态三维仿真与分析

采用三维有限元场-路耦合方法和磁路方法研究饱和铁芯型超导限流器(SFCL)的瞬态过程,并针对故障状态时,直流超导线圈感应高电压现象,提出使用短路线圈改善超导线圈的高压问题。通过与限流器样机的试验结果对比分析,证明数值计算方法的正确性。     

混合型超导限流器与重合闸配合研究北大核心CSCD

基于超导限流器是最理想故障电流限流装置,当超导限流器串入电力系统后对电力系统继电保护和重合闸产生影响.本文在分析新型混合型超导限流器限流原理的基础上,为了解决失超型超导限流器的超导体失超恢复时间与重合闸时间无法配合的问题,引入失超检测系统,延长重合闸时间,当检测到超导线圈失超恢复后重合闸才动作,仿真结果表明该方法可行,并可解决失超型超导限流器与重合闸配合问题.     

针对系统暂态稳定性的超导磁储能装置容量研究

电力系统中所需超导磁储能装置（SMES）的容量是其应用中一个重要研究内容．文章运用暂态能量函数法（TEF）分析含超导磁储能装置的单机无穷大系统的故障过程，对超导磁储能装置向系统注入有功，提高系统阻尼和改善系统暂态稳定性进行仿真分析．仿真结果验证了超导磁储能装置对系统的作用效果，在此基础上利用暂态能量初步分析了超导磁储能装置向系统注入能量和系统的暂态能量函数的关系，进一步探讨系统暂态稳定性对超导磁储能装置容量的要求．     

超导可控电抗器对云南电网500kV线路电压调节分析

饱和铁芯型超导可控电抗器(saturated core superconducting controllable reactor)是一种超导电力技术研发的新型可控电抗器。与传统电抗器相比,具有体积小、重量轻、效率高、阻燃等优势,在超高压输电系统中对调节电压起着重要作用。通过分析饱和铁芯型超导可控电抗器的原理,利用PSCAD搭建云南电网德宏至砚山500kV输电线路模型,结合实际线路的潮流分布,在线路首端博尚和线路末端砚山投入超导可控电抗器进行仿真分析,比较在不同运行方式下投入可控电抗器前后对两地电压的调节效果,为饱和铁芯型超导可控电抗器在云南500kV输电系统中的应用提供参考。     

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     

饱和铁芯型超导限流器对距离保护的影响

饱和铁芯型超导限流器SCFCL(Saturated Core Superconducting Fault Current Limiter)是一种较为理想的高电压限流器,利用其技术特点可以实现无时限的明显限流作用,有着广泛的运用前景。距离保护能够很好的满足高电压复杂网络快速、精确切除故障的要求,其主要元件阻抗继电器是现阶段普遍应用的高性能继保装置。SCFCL在高压输电网络的接入会对距离保护产生很大影响,运用PSCAD搭建500kV输电线路模型,详细分析限流器接入前后不同短路故障类型及故障距离对线路距离保护的影响。     

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.