紧凑新型高温超导可控电抗器的仿真研究

为解决电网配网侧无功就地消纳的需求,文章提出了一种紧凑新型高温超导可控电抗器,介绍了该紧凑新型高温超导可控电抗器工作原理与基本结构,搭建了有限元分析模型并得到其电感调节特性,以期为相关人员提供参考。

高温超导可控电抗器研究进展

电抗器是重要的无功补偿装置,在电力系统中得到了广泛的应用。可控电抗器可根据运行工况调节输出容量,以稳定系统电压,控制补偿无功功率,提高系统稳定性。将超导技术应用于可控电抗器,利用其零电阻、高通流密度特性,可减小电抗器体积,降低损耗,提高可控电抗器利用效率。目前,高漏抗式高温超导可控电抗器和正交耦合型高温超导可控电抗器已先后研发成功,本文对两类高温超导可控电抗器的样机研制、电抗特性、关键技术问题进行了归纳与总结,对其性能特点进行了分析。

超导可控电抗器超导线圈的强化结构设计及应力分析

可控电抗器对改善电力系统电压特性具有重要的作用,将高温超导技术应用于可控电抗器中,有望显著改善可控电抗器线圈损耗等方面的性能。因此,以采用双饼结构的35 kV/3.5 MVA单相超导可控电抗器的超导线圈为研究对象,以降低局部应力和温升为目的,对与超导带材并绕的强化材料尺寸方案进行了优化设计。在此基础上,建立了综合考虑绕制预应力、冷却热应力以及稳态电磁应力的顺序累加作用的超导双饼多过程的应力计算模型,并完成了应力计算。该研究可为进行大容量超导可控电抗器的设计提供一定的参考。

正交耦合型高温超导可控电抗器支撑结构设计

正交耦合型高温超导可控电抗器存在正交铁心结构,且通过由高温超导绕组励磁以及控制端铁心增加气隙的方式提高电抗输出容量,但磁体整体结构相对复杂,尤其是气隙的存在使得漏磁增大进而导致运行中振动和噪声增强。为保证磁体结构稳定性,必须对磁体本体进行模态分析并进行支撑结构设计。通过有限元分析的方法,对正交耦合型高温超导可控电抗器样机本体的固有频率进行了计算。模态分析表明,气隙处振动较为明显,振动频率与基波的5、7倍频相近。基于分析结果并结合超导励磁绕组的冷却需求,提出了用以降低磁体振动损坏风险的强化方案,完成了低温杜瓦以及总体支撑结构设计,考虑预应力的模态分析结果表明,磁体本体的振动得到了有效的抑制。

正交耦合型高温超导可控电抗器的设计与分析

可控电抗器作为新型无功补偿设备能够有效地补偿电网无功、限制电网过电压及改善电能质量。高温超导可控电抗器因具有控制灵活、谐波含量低、可连续平滑调节、功率密度高等优点而受到广泛关注。文中研究了一种新型正交耦合型高温超导可控电抗器,其采用平行磁通控制以增大调节范围、垂直铁心结构以降低感应电压、增加气隙以降低谐波含量,介绍了该电抗器工作原理与基本结构,搭建了有限元分析模型,进行了380V小型样机的电磁设计,并分析获得其电抗调节范围及工作电流的谐波特性。结果表明,该新型超导电抗器具有很好的无功调节性能。