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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

电阻型超导限流器研发现状及所面临的技术瓶颈

我国短路电流超标问题日益严重,对新型限流技术的需求迫切。电阻型超导限流器因其结构简单、自动触发、限流效果明显、技术上相对容易实现等独特的优势,在高电压等级的输电网具有广阔的应用前景,成为目前国内外新型限流技术研究的热点。主要介绍了电阻型超导限流器的发展背景、基本原理及国内外研究现状,并总结了电阻型限流器所面临的技术瓶颈与难题。     

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。     

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.     

超导故障限流器的数学模型研究

文中总结了几种超导故障限流器的模型。在数学模型的基础上 ,阐述了超导材料的温升、失超传播速度和临界电流密度对超导故障限流器性能的影响     

桥式超导故障限流器的研究新进展

普通桥式超导故障限流器(Superconducting Fault Current Limiter,SFCL)只能限制故障短路电流的峰值,不能限制短路电流的稳态值。应用电力电子技术对桥式超导限流器的结构进行改进能在保持原有桥式限流器优点的基础上,有效限制短路电流的稳态值。针对现今的研究热点,着重介绍了全控桥型、电阻投切型、混合型、有源型等几种实用价值较高的桥式SFCL的工作原理及其特点,并对桥式超导限流器研究中存在的问题及其发展趋势做了说明。     

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     

Control strategy for three-phase four-wire PWM converter of integrated voltage compensation type active SFCL

The integrated voltage compensation type active superconducting fault current limiter (SFCL) is composed of three air-core superconducting transformers and a three-phase four-wire PWM converter. In order to realize the current-limiting characteristics of the integrated active SFCL, it is needed to control the three-phase four-wire PWM converter flexibly and reasonably. Thereby, the control strategy for the converter is analyzed in this paper. In dq0 reference frame, the mathematical model of the converter is founded. The double-loop control strategy, consisting of voltage outer loop and current inner loop, is presented. Moreover, the voltage balance control for the split DC link capacitors is also considered. Using MATLAB, the simulation model of the integrated active SFCL is built. According to the simulation results, it is known that, the presented control strategy is feasible and valid, and the converter can work well under unsymmetrical and symmetrical fault conditions, and then the fault current can be limited quickly and effectively.     

Superconducting fault current limiter for railway transport

A resistive switching superconducting fault current limiter (SFCL) for DC networks with voltage of 3.5 kV and nominal current of 2 kA is developed. The SFCL consists of two series-connected units: block of superconducting modules and high-speed vacuum breaker with total disconnection time not more than 8 ms. The results of laboratory tests of superconducting SFCL modules in current limiting mode are presented. The recovery time of superconductivity is experimentally determined. The possibility of application of SFCL on traction substations of Russian Railways is considered.     

A superconducting direct-current limiter with a power of up to 8 MVA

A resistive switching superconducting fault current limiter (SFCL) for DC networks with a nominal voltage of 3.5 kV and a nominal current of 2 kA was developed, produced, and tested. The SFCL has two main units—an assembly of superconducting modules and a high-speed vacuum circuit breaker. The assembly of superconducting modules consists of nine (3 × 3) parallel–series connected modules. Each module contains four parallel-connected 2G high-temperature superconducting (HTS) tapes. The results of SFCL tests in the short-circuit emulation mode with a maximum current rise rate of 1300 A/ms are presented. The SFCL is capable of limiting the current at a level of 7 kA and break it 8 ms after the current-limiting mode begins. The average temperature of HTS tapes during the current-limiting mode increases to 210 K. After the current is interrupted, the superconductivity recovery time does not exceed 1 s.     

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。     

基于交流调制技术的弱电流放大器研制

在射线强度测量中,积分电离室输出的电流信号在10–10～10–15 A范围内,该弱电流信号需要转换和放大才可以进行采集.针对积分电离室本文设计了一种弱电流信号放大系统,采用交流调制技术将待测弱直流电流信号调制为交流电压信号,再经放大、相敏检波、滤波等电路处理后得到直流电压信号,最后进行数据采集;同时在系统中引入直流负反...     

Fabrication of superconducting Nb N meander nanowires by nano-imprint lithography

Superconducting nanowire single photon detector(SNSPD), as a new type of superconducting single photon detector(SPD), has a broad application prospect in quantum communication and other fields. In order to prepare SNSPD with high performance, it is necessary to fabricate a large area of uniform meander nanowires, which is the core of the SNSPD. In this paper, we demonstrate a process of patterning ultra-thin Nb N films into meander-type nanowires by using the nanoimprint technology. In this process, a combination of hot embossing nano-imprint lithography(HE-NIL) and ultraviolet nano-imprint lithography(UV-NIL) is used to transfer the meander nanowire structure from the NIL Si hard mold to the Nb N film. We have successfully obtained a Nb N nanowire device with uniform line width. The critical temperature(Tc) of the superconducting Nb N meander nanowires is about 5 K and the critical current(Ic) is about 3.5 μA at 2.5 K.