新型超導故障限流器的研究.pdf

1、隨著電網的擴容，電力設備的短路容量和短路電流不斷增大，在電氣設備上產生巨大的電動力和嚴重的發(fā)熱，使電氣設備的尺寸、重量和費用顯著增加，過高的短路電流會嚴重威脅設備和人身安全。為了使短路電流值限于開關設備的額定范圍內，最近幾年，出現了許多限制電網故障電流的技術設備．較理想的是超導故障電流限制器(SCFCL)，系統(tǒng)正常運行時，SCFCL對其無影響，若發(fā)生短路故障，則SCFCL的阻抗迅速增大以限制短路電流和短路容量。SCFCL集檢測、觸發(fā)和限

2、流于一體，具有自恢復功能，若能將其實用化，不僅可提高現存電網輸送容量，還能提高系統(tǒng)的安全可靠性和供電質量。 本文首先綜述了超導的基本特性和電性機理、尋找具有高臨界溫度、高臨界磁場和高臨界電流密度的超導體的探索歷程，概述超導體在各個領域的應用技術，指出超導電力技術發(fā)展的方向。通過分析SCFCL的現狀及各種樣機結構，了解它們各自的特點和工作原理，基于電力系統(tǒng)對SCFCL的要求，從可靠性和降低系統(tǒng)絕緣水平等方面論述SCFCL的優(yōu)越性。

3、隨后，重點研究和改進了磁屏蔽感應型、混合型和橋路型三類SCFCL。 1．磁屏蔽感應型高溫超導故障電流限制器(HTSCFCL) 磁屏蔽感應型HTSCFCL，由一次銅繞組、二次超導圓柱形屏蔽筒、鐵芯和液氮冷凍箱組成，其工作原理是利用超導筒從超導態(tài)轉變到正常態(tài)時，其阻抗的快速上升而限流。根據樣機結構，得出數學模型，算出仿真電路的相關參數，利用MATLAB進行了仿真研究。 在磁屏蔽感應型HTSCFCL原理的基礎上，提出并

4、分析了一種改進的磁屏蔽感應型HTSCFCL，該限流器在原有磁屏蔽感應型HTSCFCL的結構上，增加了一個控制故障電流的銅環(huán)和一個在第二腿鐵芯上的空氣隙。銅環(huán)可限制故障電流，減少超導體的失超恢復時間，空氣隙在大電流時，能有效地避免出現限制阻抗急劇下降。 另外，還提出了一種新型磁屏蔽感應型HTSCFCL，它由一次超導繞組、二次超導圓柱形屏蔽筒、鐵芯和液氮冷凍箱組成，利用超導繞組和超導筒，從超導態(tài)轉變到正常態(tài)時，其阻抗的快速上升而限流

5、。并對應用于三相系統(tǒng)的新型磁屏蔽感應型HTSCFCL進行了仿真研究。 仿真結果表明三種磁屏蔽感應型HTSCFCL，均能顯著地減少暫態(tài)及穩(wěn)態(tài)的故障電流，有效地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對改善電網動態(tài)性能和提高電網電能質量，有十分重要的意義。 2．在研究混合型HTSCFCL和失超型橋式整流HTSCFCL原理的基礎上，介紹了混合型HTSCFCL的概念。提出了一種新型單相混合型HTSCFCL，該限流器利用IGBT快速動作來控制保護電阻，

6、IGBT在故障發(fā)生后的100μs內動作，并投入保護電阻。利用MATLAB進行仿真分析，研究結果表明該限流器設計參數準確，限流效果明顯。 3．研究應用于三相電力系統(tǒng)中的偏流切換橋路型HTSCFCL(B—HTSCFCL)實驗室樣機。正常工作時，在電橋上引入直流偏置電流，不出現限流；發(fā)生短路故障時，整流橋中的直流偏流影響限流效果，將直流偏置電壓源切換到限流電阻，使故障電流限制到預定的范圍。研究了該限流器的工作原理，分析了限流參數的變化