新型超導(dǎo)故障限流器的研究.pdf

1、隨著電網(wǎng)的擴(kuò)容，電力設(shè)備的短路容量和短路電流不斷增大，在電氣設(shè)備上產(chǎn)生巨大的電動(dòng)力和嚴(yán)重的發(fā)熱，使電氣設(shè)備的尺寸、重量和費(fèi)用顯著增加，過高的短路電流會(huì)嚴(yán)重威脅設(shè)備和人身安全。為了使短路電流值限于開關(guān)設(shè)備的額定范圍內(nèi)，最近幾年，出現(xiàn)了許多限制電網(wǎng)故障電流的技術(shù)設(shè)備．較理想的是超導(dǎo)故障電流限制器(SCFCL)，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，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(fù)功能，若能將其實(shí)用化，不僅可提高現(xiàn)存電網(wǎng)輸送容量，還能提高系統(tǒng)的安全可靠性和供電質(zhì)量。 本文首先綜述了超導(dǎo)的基本特性和電性機(jī)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(dǎo)體的探索歷程，概述超導(dǎo)體在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)，指出超導(dǎo)電力技術(shù)發(fā)展的方向。通過分析SCFCL的現(xiàn)狀及各種樣機(jī)結(jié)構(gòu)，了解它們各自的特點(diǎn)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(diǎn)研究和改進(jìn)了磁屏蔽感應(yīng)型、混合型和橋路型三類SCFCL。 1．磁屏蔽感應(yīng)型高溫超導(dǎo)故障電流限制器(HTSCFCL) 磁屏蔽感應(yīng)型HTSCFCL，由一次銅繞組、二次超導(dǎo)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(dǎo)筒從超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變到正常態(tài)時(shí)，其阻抗的快速上升而限流。根據(jù)樣機(jī)結(jié)構(gòu)，得出數(shù)學(xué)模型，算出仿真電路的相關(guān)參數(shù)，利用MATLAB進(jìn)行了仿真研究。 在磁屏蔽感應(yīng)型HTSCFCL原理的基礎(chǔ)上，提出并

4、分析了一種改進(jìn)的磁屏蔽感應(yīng)型HTSCFCL，該限流器在原有磁屏蔽感應(yīng)型HTSCFCL的結(jié)構(gòu)上，增加了一個(gè)控制故障電流的銅環(huán)和一個(gè)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(dǎo)體的失超恢復(fù)時(shí)間，空氣隙在大電流時(shí)，能有效地避免出現(xiàn)限制阻抗急劇下降。 另外，還提出了一種新型磁屏蔽感應(yīng)型HTSCFCL，它由一次超導(dǎo)繞組、二次超導(dǎo)圓柱形屏蔽筒、鐵芯和液氮冷凍箱組成，利用超導(dǎo)繞組和超導(dǎo)筒，從超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變到正常態(tài)時(shí)，其阻抗的快速上升而限流

5、。并對應(yīng)用于三相系統(tǒng)的新型磁屏蔽感應(yīng)型HTSCFCL進(jìn)行了仿真研究。 仿真結(jié)果表明三種磁屏蔽感應(yīng)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(wǎng)動(dòng)態(tài)性能和提高電網(wǎng)電能質(zhì)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(chǔ)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(dòng)作來控制保護(hù)電阻，

6、IGBT在故障發(fā)生后的100μs內(nèi)動(dòng)作，并投入保護(hù)電阻。利用MATLAB進(jìn)行仿真分析，研究結(jié)果表明該限流器設(shè)計(jì)參數(shù)準(zhǔn)確，限流效果明顯。 3．研究應(yīng)用于三相電力系統(tǒng)中的偏流切換橋路型HTSCFCL(B—HTSCFCL)實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)。正常工作時(shí)，在電橋上引入直流偏置電流，不出現(xiàn)限流；發(fā)生短路故障時(shí)，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(yù)定的范圍。研究了該限流器的工作原理，分析了限流參數(shù)的變化