应用于谐振型限流器的双分裂铁心电抗器研究

为了降低串联谐振型限流器中流过晶闸管短路电流的幅值和上升率,提高电容器旁路电路的可靠性,提出一种双柱双分裂铁心电抗器,将晶闸管串接在双分裂电抗器的一个支路,然后再与补偿电容器并联。系统正常运行时,双分裂电抗器表现为大电感,流过的电流很小;在电网线路发生短路故障时,晶闸管导通,双分裂电抗器表现为小电感,快速转移流过补偿电容器的短路电流,谐振状态破坏从而实现限流功能。设计并制作了一台应用于400 V串联谐振型限流器的双柱双分裂铁心电抗器样机,基于三维棱边有限元法对电抗器磁场分布和电感参数进行了计算。电抗器以单支路小电流模式运行时,电感为192 m H;以双支路大电流运行模式时,电感为151μH。通过短路电流冲击测试发现,双分裂电抗器可实现电流快速转移且两支路电流均匀分配,电感测试值与仿真值吻合较好。为了降低晶闸管的冲击电流,提出一种在保持单支路运行电感恒定的前提下调整双支路运行电感的方法,仿真结果证明了该方法的有效性。

一种改进串联谐振型限流器

串联谐振型限流器(Series-Resonant type Fault Current Limiter,SRFCL)实现故障限流的关键是电容器的旁路(或短路)操作。本文通过引入双分裂电抗器,改变了电容器的旁路方法,实现了对串联谐振型限流器拓扑的改进。在理论上,分析了改进型串联谐振型限流器工作原理,并详细研究了限流过程中双分裂电抗器的电感变化特点。研究了电网稳态时双分裂电抗器绕组自感对限流电抗器和电容器的谐振关系的影响,和故障限流过程中绕组漏感对限流器的限流能力的调节作用和对电容器过流的抑制作用。通过建模仿真,分析了双分裂电抗器的漏感和电容器振荡电流的频率和幅值关系,研究了避雷器(MOV1和MOV2)残压与线路电流和电容器电流的关系。最后,在参数优化的基础上,设计和研制了一台400V改进型串联谐振型限流器样机,测试结果表明了双分裂电抗器能够提高串联谐振型限流器的可靠性和限流能力。

磁偏置超导故障限流器限流响应模型与并网运行研究

针对电网短路故障限流问题,提出一种新型磁偏置超导故障限流器(SFCL),采用超导无感组件、双分裂电抗器支路两级限流的运行方式,具有自触发、分级故障限流、快速自我恢复等优点。应用MATLAB/Simulink软件,搭建了含磁偏置SFCL的10 kV电网线路仿真模型,提出超导限流组件磁热耦合特性的物理建模方法,并对0°和90°短路故障角下的SFCL并网限流效果进行瞬态仿真和比较。仿真结果表明,在电网0°和90°不同故障短路角电流冲击下,SFCL在首半波中的限流率分别为36.45%和45.89%,随后第2个半波的最大限流率达到78.58%,限流电阻在90°短路故障角下的变化率是0°短路故障角下的1.75倍,实现了较快的限流动作响应和显著的分级限流效果。最后实验验证了磁偏置超导限流技术的可行性。

高压串联谐振故障限流器辅助电源的设计

在高压串联谐振限流器中,所有的有源传感器和各个晶闸管触发电路均需要相互隔离的低压电源单独供电,而限流器工作在稳定状态和工作在短路限流状态时,电路中各个节点的电压将发生很大的变化,使在限流器电路内部获取低压辅助电源,并实现高压隔离成为高压串联谐振限流器设计的难题。本文提出了在双分裂电抗器中取能的两种方法,配合蓄电池的应用,为高压串联谐振限流器提供了不受系统停电影响、安全可靠的辅助电源。

磁偏置超导限流器在10 kV城市电网中运行参数设计与分析

超导限流器可以用于限制城市电网中日益增大的短路故障电流,成为当前国际上研究热点之一。提出一种阻感混合式新型磁偏置高温超导限流器的拓扑结构,基于MATLAB/SIMULINK软件,建立了磁偏置超导限流器的磁热耦合仿真模型,搭建了含超导限流器的10 kV典型城市电网仿真平台。在该平台上,仿真分析了不同故障类型下的城市电网限流过程,获得故障限流率变化曲线。结果表明,超导限流器失超电阻会影响故障电流首个波峰的限流率,但不影响第二波峰限流率,双分裂电抗器的支路电抗同时影响前两个波峰的限流率;故障电流限流率随超导限流器失超电阻和双分裂电抗器支路阻抗的增大而增大,但增长速率会不断减小。对应最大限流率时,磁偏置超导限流器失超电阻参考值为3.19 Ohm,双分裂电抗器的支路电抗参考值为4.995 Ohm。在该运行参数下,电网故障电流首个波峰限流率达到48%,第二个波峰限流率达到76%,实现了良好的限流效果,验证了设计方法的有效性。