电阻型超导限流器和10kV配电网继电保护相配合的仿真分析

短路电流的增大已经成为高电压等级电网建设和运行中的一个突出问题.超导限流器是目前最为理想的限流装置,而其与现有继电保护装置的配合是超导限流器挂网运行的关键技术之一.利用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了电阻型超导限流器和继电保护装置的自定义模型,在此基础上分析了引入电阻型超导限流器对10kV配电网电流保护的影响,并对两者的配合问题进行了仿真研究,进一步提出通过改变超导体参数来调整电阻型SFCL的限流电阻和限流水平,以实现与继电保护协调配合,为超导限流器应用于实际电网参数配置提出了重要的量化依据.

160 kV 1 kA电阻型超导直流限流器设计与应用

电阻型超导直流限流器作为故障短路电流的新型抑制设备已被较多学者研究,但尚未有其在多端柔性直流输电系统实际场景中的设计、应用效果和相关影响性分析与研究。论文针对160 kV 1 kA电阻型超导直流限流器在南澳多端柔性直流工程的设计与应用进行了总结,主要包括以下几部分:(1)电阻型超导直流限流器在柔性直流输电系统应用的可行性研究与其对短路电流发展特性的影响分析;(2)超导直流限流器失超态电阻快速计算研究,基于R-Q曲线的在线迭代计算方法;(3)160kV 1 kA电阻型超导直流限流器参数与设备设计方案研究;(4)含电阻型超直流限流器的南澳柔性直流工程控制保护系统架构分析。最后,对加装所研发电阻型超导限流器的南澳柔性直流工程开展了人工短路试验,并通过仿真结果和实测数据验证了以上研究内容的正确性与有效性。

含电阻型超导限流器的南澳柔性直流系统故障特性分析

多端柔性直流输电系统直流侧发生故障时故障电流较大,需要在直流侧配置限流装置。文中以南澳多端柔性直流输电工程为例,首先在PSCAD/EMTDC平台上搭建了含电阻型超导限流器的南澳多端柔直工程仿真模型;其次,在模拟系统直流侧发生极间短路故障工况下,对比分析最大阻值不同的电阻型超导限流器的限流能力,从而确定了限流器的最大阻值;进而,模拟系统直流侧发生负极接地故障,对比分析了未接入限流器和接入限流器两种运行工况下的线路电流电压仿真曲线;仿真结果表明,电阻型超导限流器能有效抑制短路故障电流,可降低系统对直流断路器开断能力的要求,提高系统运行的安全性。

基于电阻型超导限流器的直流线路纵联保护方法

柔性直流系统中双极短路故障电流的限流和对故障线路快速可靠的开断是实现柔性直流系统安全运行的重要保证。以南澳多端柔性直流示范工程为例,提出一种基于电阻型超导限流器的直流线路纵联保护方法。该方法结合超导材料特性,克服传统电流差动保护依赖额外电流测量设备的缺点,利用电阻型超导直流限流器失超时两端电压的正负,配合混合式直流断路器,实现有选择性的故障隔离。分析电阻型超导限流器在南澳多端柔性直流示范工程中的应用场景,在此基础上提出直流线路纵联保护流程和逻辑时序,最后在某四端柔性直流系统中进行仿真。仿真结果验证了该保护方法的可行性,可实现对直流线路双极短路故障的快速隔离。

电阻型超导限流器失超电阻测量方法

针对安装于高压柔性直流电网中的电阻型超导限流器的失超电阻难以测量的问题,提出一种适用于高电压等级下超导限流器的失超电阻间接计算方法。该方法利用超导限流器样机失超电阻易于测量、对试验环境要求相对较低的特点,通过超导限流器失超电阻和其常温电阻之间存在的比例关系,基于热等效原理对超导限流器样机进行交流冲击试验,进而获得样机的失超电阻值;最后通过推算得到了超导限流器的失超电阻值。通过与仿真模型仿真值的对比证明了计算结果的准确性。

电阻型超导限流器电阻特性测试及其建模方法研究

电阻型超导限流器的限流能力取决于其电阻特性,因此需精确掌握电阻型超导限流器电阻变化特性及其在系统中工作特性。针对多端柔性直流输电工程用电阻型超导限流器,首先开展了电流冲击试验,获得其电阻值热积累量变化曲线;其次,提出了一种基于双指数函数的拟合方法拟合出电阻值与热积累量的数学表达式;进而,在PSCAD/EMTCD仿真软件中,基于电阻值与热积累量的数学表达式,建立了电阻型超导限流器的仿真模型;最后,对多端柔性直流输电系统开展短路故障仿真分析,仿真验证了电阻型超导限流器模型的正确性及其限流的有效性,达到了预期的限流水平。

电阻型超导限流器中带材失超与恢复特性

电阻型超导故障限流器中带材失超和超导恢复特性受电流、温度、磁场等因素影响,以YBCO超导带材为研究对象,建立了饼式线圈和螺线管式线圈绕制模型,分析了两种线圈中磁场分布特性,在液氮冷却条件下,表明了温度、磁场对临界电流密度和失超电阻率的影响;通过分析在三角波形故障电流作用下带材失超和超导恢复过程中的热过程,表明了超导恢复时间与失超后的温度和散热条件有关,当温度低于105 K时,超导特性恢复较快。为超导限流器的结构、冷却设计提供参考。

电阻型超导限流器对电力系统暂态稳定的影响分析

加装超导限流器是目前最理想的限流措施之一,超导限流器接入电网后,改变了系统固有参数,影响电力系统暂态稳定性能。利用PSCAD/EMTDC仿真软件,搭建了单机无穷大系统及3机9节点系统,对不同场景下系统发生三相短路故障时的发电机功角摇摆曲线进行仿真分析。通过对比系统安装SFCL和未安装SFCL时功角的摇摆曲线,得出了SFCL对暂态稳定性的影响规律。

电阻型超导故障电流限制器应用于VSC-HVDC系统的位置优选研究

由于能独立控制有功、无功功率,无换相失败等优点,基于电压源换流器的高压直流输电系统(voltage source converter based high-voltage direct current,VSC-HVDC)系统被认为是未来电网的发展方向。但是,直流故障与交流故障快速有效隔离,成为影响VSC-HVDC系统发展的重要技术难题之一。为了解决VSC-HVDC系统故障隔离问题和限制故障线路过大的短路电流,应用超导故障限流器逐渐被人们重视。提出基于电阻型超导限流器的故障限流方法,并用所设计的两端双极性VSC-HVDC系统,分别在直流线间短路、直流线路接地短路和三相交流短路情况下,比较电阻型超导限流器可行的安装位置并证明所提限流方法的有效性。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真提出在VSC-HVDC系统中电阻型超导限流器的最优安装位置。

高压电阻型超导限流器制冷工质中的气泡研究

电阻型超导限流器具有结构简单、响应快、正常态无阻抗等特点,是解决电网故障电流超标的技术方法之一。面向高压应用场景,由于系统电压水平高、限流过程中产热多,产生了一些异于中低压应用场景的新问题,制冷工质中的气泡问题就是其中之一。文中总结讨论了工质在正常工况下和限流过程中的气泡由来和规律,分析了气泡对系统电气绝缘和机械安全性等可能产生的影响。文中提出的问题,是高压电阻型超导限流器实用化研究亟待明确解决的问题。

电阻型超导限流高压直流断路器研究

多端高压直流网络中的关键技术之一是直流线路故障时快速可靠地分断故障电流,为此本文研究了一种基于电阻型超导限流器的高压直流断路器。该断路器由限流与关断两部分组成,当线路发生故障时首先经过限流部分触发超导限流器,从超导态转变到正常态,产生电阻限制故障电流,且使故障电流转移到由全控型IGBT与避雷器并联组合成的支路上,进一步使故障电流减少,从而使隔离开关可靠断开,隔离故障线路。通过Matlab/simulink仿真表明,该断路器快速分断大故障电流可行。

电阻型超导限流器故障限流引发的传热问题研究

为研究用于电阻型超导限流器(SFCL)故障限流引发的传热问题,本文采用12mm宽、0.31mm厚的纯不锈钢带材模拟电阻型限流器专用第二代(2G)高温超导带材,通过电加热方式获得其在液氮中不同放置状态的沸腾热流密度曲线,并修正经典模型系数以适用于描述故障限流后巨大温差等复杂换热工况下的传热规律;同时通过淬冷法获得不锈钢及2G超导带材的淬冷沸腾热流密度曲线。

分裂电抗型超导限流器的交直流限流特性

随着交直流电网规模的不断增长,纯电阻型超导限流器已经难以满足其限流需求。为了减少超导带材的用量并提高电阻型超导限流器的经济性,通过引入空芯分裂电抗器,研究了一种分裂电抗型超导限流器（DRSFCL）并对其基本限流原理进行了分析。通过建模和仿真研究,主要分析了DRSFCL在10 k V电压下的交直流限流特性,得到其在交流冲击下可有效地限制短路电流的第一波峰值,限流作用比较明显,且在直流冲击下也有较好的限流作用。最后通过直流冲击平台对部分直流仿真结果进行了试验验证,试验结果与仿真结果基本一致。

限流器用第二代超导带材大电流冲击过程的物理模型研究

为研究用于电阻型超导限流器的第二代(2G)超导带材的故障限流特性,本文对在该过程中带材的瞬态物理变化进行分析,结合2G超导带材的物理结构及成分配比,针对短时交流大电流冲击下超导体瞬间从超导态转变为有阻态过程,建立超导带材的物理模型。利用Matlab对该过程进行数字建模仿真,获得故障限流过程中超导带材的电流、电阻等系列参量的直观变化规律,并对上述物理模型进行校验,实验验证仿真结果的有效性。

超导限流器与机械式直流断路器的全电流开断配合方法

目前机械式高压直流断路器开断小电流过程中,真空开关需要承受极高的di/dt、额定电流,小容量短路电流开断难度大。为此,提出了一种改进的超导限流器与机械式高压直流断路器全电流开断配合方法,依托电阻型超导限流器独特的失超特性,利用超导限流器的失超电压为机械式直流断路器的谐振电容进行短路电流适应型充电,针对不同范围的电流开断,真空断路器可提供灵活变化的反向电流,大幅降低了机械式直流断路器开断小电流时承受的di/dt,提高了其全电流范围开断的可靠性。首先介绍了机械式直流断路器与超导限流器配合的拓扑结构与配合原理,然后在200 kV直流电路中建立了拓扑结构的数学模型,分析了小电流和30%、60%额定阶段电流开断过程。仿真表明,进行30%额定阶段电流开断时,机械式直流断路器承受的di/dt降低了86%。最后,通过低电压实验验证了配合方案与设计方法的可行性。

高温超导直流限流器的研究与应用综述

实现快速有效的故障限流是直流系统控制保护的关键技术之一,利用超导特性研制的超导直流限流器具有理想的限流性能,近年来得到广泛研究和持续发展。以超导模块呈现的限流效果为依据,归纳了现有高温超导直流限流器的主要类别和工作原理,阐述了超导材料对超导限流器限流性能和适用性的影响,梳理了超导限流器在直流系统中的接入方案,并结合超导直流限流器、换流器和直流断路器的配合关系,提炼了直流系统对配置超导直流限流器的性能要求,总结了超导直流限流器的演变规律,并指出其未来的应用趋势。

基于混合型柔性限流器直流配网故障暂态特性研究

针对直流配电网极间短路故障,提出一种基于桥型电路的混合型柔性限流策略。限流装置由超导限流器和整流器控制的自激式限流器构成。系统正常运行时,桥型电路通过二极管电流关系将中间支路旁路,限流装置不接入系统,不影响系统运行状态。系统出现极间短路故障时,桥型电路的桥臂电流发生变化,自然换路将限流装置接入系统。通过电阻型超导失超,增加故障回路中的阻值大小;自激式限流器中的限流电感在故障回路中形成反向的钳位电压,减小放电回路的电压。并通过控制回路改变受控电感的钳位电压,实现对故障电流大小的柔性控制。最后,通过Matlab/Simulink仿真平台搭建配电网模型,验证文中所提限流策略的可行性和有效性。

关于直流配电系统继电保护改进方案研究

为了保证直流配电系统元件的安全性,建立了电阻型超导限流器及其数学模型,分析了电阻型超导限流器接入对直流配电系统故障特征的影响,以及限流器接入对原有继电保护原理应用的影响,提出了基于电流峰值和暂态时间的新暂态过电流保护方案,并在PSCAD/EMTDC软件中对所提出的保护方案进行了仿真验证。仿真结果表明,含电阻型超导限流器的直流配电系统继电保护改进方案能够快速且准确切除线路故障,保证上下游线路之间的选择性和可靠性,保证线路保护不误动。

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。

区域电网电磁暂态等值及短路电流直流分量分析

西北电网电源接入密集、电压级差大,容易引起短路电流超标。但常规限流措施会增大短路电流直流分量的衰减时间,影响断路器的开断能力。文章针对我国西北某大级差、电源密集型电网,搭建了多节点复杂电网发生短路时电磁暂态的等值简化计算模型。在该模型的基础上研究了短路电流直流分量对断路器开断能力的影响,分析了直流分量衰减时间常数折算的方法,并在采取常规限流措施的基础上,计算了加装电阻型超导限流器对超标厂站直流分量的抑制效果。结果表明:直流分量的衰减时间常数不能直接作为断路器选型的依据,需要将其折算至标准规定的试验基准值下;电阻型超导限流器可以有效地抑制加装位置附近回路的短路电流直流分量,加装后时间常数下降25%左右,但是对电气距离较远的厂站抑制作用较弱。文中的结论可为断路器的合理选型以及限流新技术的应用提供参考。