饱和铁心型超导限流器在柔直系统中的限流特性研究

饱和铁心型超导限流器是一种新型故障限流装置,在处理电力系统短路故障方面具有广阔应用前景。该限流器利用铁心的饱和特性,具有响应速度快、限流过程不失超等优点。但是,目前对于饱和铁心型超导限流器的研究主要集中在交流系统,对其在柔性直流输电系统中的应用效果及限流特性的研究较少。该文分析了饱和铁心型超导限流器在柔直系统中的限流机理,基于PSCAD/EMTDC,研究了限流器在基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)系统中的限流特性。结果表明,饱和铁心型限流器对柔直系统短路电流峰值具有很强的限制作用,但无法限制故障稳态电流值。最后,分析了励磁电流大小对铁心饱和状态及限流器限流效果的影响,明确了励磁电流的选取原则。

非均匀高温超导带材对CORC电缆失超特性的影响研究

高温超导CORC(conductor on round core)电缆失超时的热负荷严重威胁了低温系统和电缆本体的安全稳定运行。受微米级超导薄膜制备工艺等的影响,CORC电缆并绕的多根高温超导带材不均匀。为分析不均匀临界电流对CORC电缆失超特性的影响,该文搭建了基于三维TA方程的有限元模型。以降维的带材曲面为求解区域,以等效的电流密度为求解变量,失超模型在同一几何中表达超导和常导两种属性,构建电流和电势两种约束。在导体域建立降维的热模型,用以考虑损耗和传热的影响;在全局建立等效的电路模型,用以控制并联导体的分流。进一步地,耦合模型考虑温度依赖的接头电阻以模拟CORC电缆带材的烧断和电流的突变。结果表明,非均匀高温超导带材影响了电流重分配的动态响应,加快了局部失超的发展过程。

高温超导磁体临界电流计算方法研究

根据超导带材的临界特性确定超导磁体的临界电流是磁体设计中非常关键的一部分,目前计算超导磁体临界电流的常用方法主要是基于H方程的有限元方法。自洽模型是其中之一,该模型在计算单线圈的临界电流时表现出良好的精度。但是随着磁体规模的增大,传统的自洽模型由于计算效率低下不再适用。介绍了一种用于大型磁体临界电流计算的改进自洽模型。该模型在建模中使用了均质化的思想,大大减少了计算量,从而提高了计算速度。实验表明,改进后的模型具有较高的精度,满足实际需要。该模型将在大型磁体临界电流计算中得到较好的应用。

二代高温超导带材失超电阻的交-直流等效计算方法

超导故障限流器具有通态损耗低、响应速度快等优点,是一种应用场景广阔的超导电力设备,但二代高温超导带材失超电阻的有效计算较困难,难以同时满足计算精度和速度的要求。本文对YBCO高温超导带材进行交流和直流过电流冲击实验,测量了短路故障电流作用下带材的失超电阻特性。结果表明,带材失超电阻与积累能量具有一一对应关系,且该对应关系在交流和直流工况下一致。以此为理论基础,搭建了基于电阻-能量关系的电阻型超导限流器失超电阻计算模型,提出了交直流等效失超电阻分析方法,可用交流冲击实验等效替代直流实验,降低实验与仿真建模的难度。

220kV磁通约束型超导限流器技术经济性分析

电力系统的规模不断发展,短路电流的水平随之进一步提高,超过现有断路器的遮断容量。磁通约束型超导限流器是一种具有快速响应速度且能有效抑制短路电流的装置。针对220 kV电力系统,选取了磁通约束型超导限流器的参数,并通过电磁仿真计算了限流器的应力和温度,基于全寿命周期理论评估了限流器的经济性,分析了限流器带来的技术性效益。结果表明,限流器的应力和温度满足安全运行条件,该限流器能给系统带来明显的技术性效益,但其经济性较差,随着超导材料技术的进步,其应用前景会更加广阔。

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。

High temperature SMES for improving power system stabilities

Superconducting magnetic energy storage (SMES) system has been proven very effective to improve power system stabilities. It is realized with superconductivity technology, power electronics and control theory. In order to promote the applica-tion of such kind control device and to further investigate the properties of the controller, a detail mathematic model of such control device is developed. Based on the developed model, extensive analysis including time domain simulation is carried out to investigate the characteristic of the SMES to compensate the unba- lanced dynamic active and reactive power of AC power system. The capability of SMES to increase power system transient and small signal perturbation stabilities are analyzed. A prototype SMES is developed, in which the conduction cooling and the high temperature superconductive techniques are used. The performance of the prototype is experimentally investigated in a laboratory environment. Very en-couraging results are obtained. After a brief introduction of the SMES control sys-tem and the principle of its capability to improve power system stabilities, the de-tails of the mathematic model, the theoretical analysis, the developed device and the experiment test results are all given in this paper.

YBCO矩形双面薄膜直流限流特性研究

本文对以La Al O3(铝酸镧)为基片的YBCO(铱钡铜氧)矩形双面薄膜进行微细加工和安装,制成微型电阻型超导直流限流器。在此基础上搭建实验电路,对其开展实验研究,深入分析了不同结构薄膜的直流短路过程。高温超导双面薄膜失超后内部磁、热变化复杂,本文通过短路实验研究从整体上掌握其直流限流特性,验证了该类型限流器的可行性。