新型饱和铁心高温超导限流器的实验研究

饱和铁心型超导限流器的直流超导绕组中的直流影响短路故障电流的限流效果,研究发现,饱和铁心型超导限流器直流超导绕组中的直流还可以抑制谐波,并减少正常情况交流电流的波形畸变率。该文提出了一种新型饱和铁心高温超导限流器。新型饱和铁心高温超导限流器在正常工作情况下,两个固态开关SSTS处于闭合状态,直流超导绕组中的直流使饱和铁心型超导限流器处于饱和状态,限流器不会出现限流现象。在短路故障情况下,两个SSTS快速动作,断开限流器直流超导绕组中的直流,提高限流能力,同时使限流电阻快速串入超导限流器的交流回路限流,进一步提高限流效果。研究了该新型限流器的工作原理,分析限流参数的变化对其限流特性的影响。通过仿真和和实验研究发现,新型限流器的限流效果非常明显,并能实现线路重合闸,电网的稳态和暂态短路电流显著减少,电网电能质量和动态稳定性得到有效提高。

改进型饱和铁心高温超导限流器的实验研究

提出一种改进型饱和铁心高温超导限流器,其原副边绕组均采用超导绕组,在正常工作情况,没有限流现象。在短路故障情况,由于饱和铁心型高温超导限流器直流绕组中的直流电流影响限流能力,利用IGBT1快速断开直流电流以提高限流能力;同时断开限流器交流回路的IGBT2,使与之并联的限流电阻串入限流,提高了限流能力。研究了该限流器的工作原理,分析限流参数的变化对其限流特性的影响。仿真结果及实验结果表明,该限流器能抑制电力系统的谐波,具有明显的限流效果,能显著减少电力系统的暂态和稳态故障电流,实现线路重合闸,提高了电网电能质量和电力系统动态稳定性。

饱和铁心型超导限流器的仿真设计方法

分析了饱和铁心超导限流器的工作原理,给出了其正常工作的电磁约束关系。介绍了利用 PSPICE 进行仿真设计的新方法,为优化产品结构参数、准确预估限流效果提供了有效途径,最后介绍了一个设计实例。

饱和铁心型高温超导故障限流器仿真建模及短路特征研究

在建立饱和铁心型高温超导故障限流器(saturated iron-core type high temperature superconductive fault current limiters,SR-SFCL)电磁暂态仿真计算模型基础上,对电网发生短路故障后SR-SFCL一次绕组与励磁绕组的电流、电压过渡过程进行了定量计算,深入研究了一次绕组与励磁绕组电流、电压的特征和相互关系,分析了限流器对短路电流交流分量初始值、冲击电流和稳态短路电流的限制效果。研究指出:SR-SFCL对稳态短路电流具有很好的限制作用,充分发挥限流效果的关键是缩短励磁回路的灭磁时间,灭磁时间与一次电流、灭磁电阻取值等因素关系密切。

饱和铁心型高温超导故障限流器数学模型的分析与参数设计

首先对各种类型高温超导故障限流器(HTSCFCL)的优缺点做了简要的介绍,说明了饱和铁心型限流器的独特优点;对其数学模型进行了分析,并在此基础上推导出了这种限流器系统参数的设计公式;利用这些公式设计了一个限流器系统,并用电磁暂态仿真程序EMTP对其限流效果进行了验证和分析,结果证明推导出的公式是正确的,可以作为设计这种限流器系统的参考依据。

基于钕铁硼永磁材料的饱和铁心故障限流器研究

饱和铁心故障限流器(saturated core fault current limiter,SFCL)是限制系统短路电流最有效的措施之一。为减小其直流偏置电源功率和附加能耗,除了采用超导线圈偏磁外,通过钕铁硼(Nd Fe B)永磁材料偏磁也逐渐受到业界的关注,但Nd Fe B的偏置能力和稳定性限制了其应用。针对现有方案的不足,提出了一种新型混合式饱和铁心故障限流器(hybrid type SFCL,HSFCL),基于电磁耦合的方法,研究了其拓扑原理及工作特性。新结构不仅能减小损耗,减小体积,保证限流效果,还能克服Nd Fe B偏磁能力不足和因涡流效应而产生的稳定性问题;正常工作情况下,Nd Fe B磁路不会有交变磁通;限流工作情况下,Nd Fe B永磁体的涡流损耗能降到传统结构的12.7%。通过麦克斯韦(Maxwell)场路耦合仿真和样机实验,证明了理论分析的正确性和新结构的有效性。

饱和铁心型超导限流器压敏电阻的实验

压敏电阻可抑制超导限流器断直流时产生的高压,同时加速直流励磁能量的释放以促使限流器交流侧快速退饱和,进入感性限流状态。为验证其保护和能量吸收作用,用NI采集卡、Labview以及其他电流电压传感器和可控的IGBT器件设计和制造了检测控制系统。对不同压敏电压等级的压敏电阻进行断直流的放电实验以验证其抑制电压的保护作用。结果表明:断直流时储存能量的释放是超导限流器产生高压的原因;励磁储能一定且压敏电阻通流量一定的条件下,压敏电压越大断直流产生的电压也越大,同时电流断开时间越小则能量释放时间越小。所得结果为设计更大容量的超导限流器,选择不同压敏电阻的压敏电压和通流量等级提供了实验和计算参考。

饱和铁心型超导限流器故障电流快速模式识别

分析了开断直流励磁以及断开速度对该类超导限流器限流效果的影响,指出短路故障电流需要快速识别,设计和制造了三相小样机和相应的基于Labview和NI板卡的实时检测控制系统。提取了短路故障电流的三个重要特征:电流实时幅值、电流变化率、故障时高电流变化率的持续时间,根据特征进行神经网络感知机模式分类,离线在Matlab环境下训练神经网络找出线性分类面,在NI板卡内部的FPGA上实现分类神经元,并综合采用阈值模糊化的方法,对故障进行复合决策,以提高辨识准确性和速度。对阈值法和复合决策法进行的比较实验,表明了该方法的有效性。

饱和铁心型超导可控电抗器对线路工频过电压的影响分析

运用超导电力技术研发的超导可控电抗器与电力系统传统的高压电抗器相比具有容量大、体积小、响应速度快等显著优势,其中饱和铁心型超导可控电抗器(saturated core superconducting controllable reactor,SCSCR)结构简单,且在超高压与特高压输电系统中起着限制过电压的重要作用。通过分析饱和铁心型超导可控电抗器的工作原理,在PSCAD/EMTDC中建立其电磁暂态模型,接入到500 kV超高压输电系统中进行时域仿真,观察其对不同类型线路工频过电压的影响,分析饱和铁心型超导可控电抗器的投入对高压输电系统抑制线路工频过电压的效果,为饱和铁心型超导可控电抗器在电网里的应用提供理论参考。

一种新的饱和铁心型高温超导故障限流器的设计方法

随着高温超导技术的发展及电力系统容量的增加 ,不久将来会有很多超导技术在电力系统中得到重要应用。其中高温超导故障限流器很可能成为最先在电力系统中得到应用的超导装置之一。为此介绍一种新的饱和铁心型高温超导限流器的工作原理 ,并给出了设计这种限流器各种参数的推导方法。

谐波平衡有限元法用于饱和铁心的损耗分析

利用一种新的有效的谐波平衡有限元算法 ,结合Lavers等人提出的考虑谐波时迭片铁心的磁滞损耗和涡流损耗的模型 ,提出了一种较准确求解饱和铁心损耗的计算方法。并与传统的计算方法进行了比较。以铁磁型三倍频变压器的空载情况为例进行了仿真计算和物理实验。结果表明 ,考虑谐波磁通密度影响时的铁心损耗值与传统的仅考虑基波磁通密度时的值相比有显著的增加。物理实验验证了所提算法的正确性。

饱和铁心型高温超导限流器的计算

】阐述了饱和铁心型高温超导故障电流限制器（ＳＣＨＴＳＦＣＬ）的工作原理，推导出设计限流器参数的公式。采用（Ｂｉ，Ｂｂ）２２２３／Ａｇ带材，完成了１０ｋＷ／５００Ａ级故障限流器的设计。计算结果表明：该限流器无论结构尺寸和运行特性，还是对Ｂｉ系带材的要求，都是可行的。

桥式混合励磁型饱和铁心故障限流器性能分析

为降低饱和铁心故障限流器(saturated core fault current limiter,SCFCL)运行中的励磁损耗,应用稀土永磁体对铁心进行励磁已得到广泛研究。但永磁体在高压大容量领域中的励磁能力尚不足,且稳定性易受影响,限制了其推广应用。为解决上述不足,提出了一种桥式混合励磁型饱和铁心故障限流器(bridge-type hybrid-biased SCFCL,BHFCL)。BHFCL利用混合励磁结构增强励磁能力,并通过对磁路磁阻进行设计,可有效降低通过永磁体的反向交流磁通,提高永磁体稳定性。通过电磁耦合的方法,对BHFCL基本原理以及工作特性进行分析,研究了结构参数对其性能的影响。基于Maxwell的有限元电磁仿真结果以及220 V/10 A限流器样机实验结果,均验证了文中所提BHFCL的有效性与理论分析的正确性。

500 kV饱和铁心型超导故障限流器电磁暂态仿真

饱和铁心型超导限流器具有非线性的阻抗特性,接入500kV电网后产生的电磁暂态过程对于电网的安全稳定运行具有重要影响。根据该500kV超导限流器的单相三柱式铁心结构,采用磁路分解的方法,分析了限流器各主要电磁参数间的耦合关系,将复杂的磁路分析模型转化成等效电路模型,基于PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了电磁暂态仿真模型。最后结合500kV电网参数和500kV超导限流器样机设计方案,通过具体实例分析了该限流器在稳态运行及不同故障条件下的暂态阻抗特性,结果与理论分析一致。

饱和铁心型高温超导故障限流器的仿真分析

给出了饱和铁心型高温超导故障限流器(HTSFCL)的结构模型,分析HTSFCL的原理,通过数学模型计算得到短路时的瞬态电流波形。利用磁路法和三维瞬态磁场-电路耦合法分别对瞬态过程进行仿真,并与样机试验结果进行对比。仿真结果验证了两种方法的正确性。针对短路时超导线圈过电压的问题,提出了使用磁屏蔽环的方法来改善。

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。

基于ANSYS的饱和铁心型限流器建模与仿真

为了解决传统的饱和铁心型故障限流器存在的限流能力差、体积和重量过大等缺点,提出一种改进的饱和铁心型故障限流器。通过改进传统饱和铁心型故障限流器的结构和工作原理,增大了限流器限流阻抗与稳态阻抗的比值,提升了限流器的限流能力,同时减小了饱和铁心型限流器的体积、重量和损耗。利用ANSYS有限元仿真软件,在典型的10 kV应用场景下对改进的饱和铁心型故障限流器及其励磁系统进行建模与仿真。仿真结果验证了改进的饱和铁心型故障限流器理论的正确性,显示了利用ANSYS建立电磁场与电路模型及进行仿真分析的优越性。

改进永磁饱和铁心型故障电流限制器及其等效电路模型

提出了一种带有改进永磁模块的饱和铁心型故障电流限制器物理结构,并且给出其等效电路模型。使用永磁模块从多个方向对故障电流限制器的铁心进行激磁,显著提高了铁心内部的磁通密度,降低了对直流励磁电流的需求。同时,通过对故障电流限制器线圈之间磁通耦合关系的分析,以及使用有限元计算提取自感和互感参数,得到了故障电流限制器的非线性等效电路模型及其数值求解方法。实际制作了饱和铁心故障电流限制器试验模型,开展了相关的试验研究。试验结果表明,其限制线路短路电流效果十分显著,可以限制67.6%的短路电流峰值,及63.1%稳态短路电流有效值。且相对于不带永磁模块结构的故障电流限制器,可以减少93.75%的直流励磁电能消耗,在一定程度上解决了开环饱和铁心型故障电流限制器直流励磁的损耗问题。同时,通过试验结果与计算结果对比验证了等效电路的有效性。

饱和铁心型限流器限流阻抗试验和计算

计算大电流下的阻抗值必须考虑铁心的非线性磁化特性。而实际铁心的磁化特性与铁心材料本身的磁化特性可能有一定偏差,这会导致计算的误差。本文根据系列限流铁心电抗器的实验结果,分析了电流大小、铁心绕组参数与限流器阻抗值的关系,并且给出了一种从小型试验样机实验结果中提取出铁心等效磁导率,进一步利用经验公式和拟合外延法来计算饱和铁心型限流器在大电流下阻抗值的方法。该方法简单易行,方法的准确性得到了不同尺寸限流器的实验验证。

饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组绝缘

简要介绍了常用低温绝缘材料的性能参数和作为高温超导绕组绝缘的适用性。详细介绍了聚酰亚胺薄膜胶带作为高温超导绕组匝间绝缘的直流击穿试验,以及饱和铁心型超导限流器的高温超导绕组绝缘结构、制作工艺等。通过220k V饱和铁心型超导限流器的电气性能试验验证了高温超导绕组绝缘的可靠性,不仅能满足不同运行工况下的技术要求且有较大安全裕度。