永磁饱和型故障限流器的高压大容量化分析

为提高永磁体的偏置能力以利永磁饱和型故障限流器朝高压大容量发展,从温度和外磁场两方面分析了钕铁硼永磁体的稳定性问题,论证了其应用到该限流器的可行性;提出"饱和深度比"的定义,指出改善永磁体的偏置能力与提高铁心的饱和深度比等价;基于一种结构参数可调的永磁饱和型故障限流器拓扑,分析了限流器结构参数与铁心饱和深度比的数量关系,并通过有限元法仿真以及实验加以验证;最后给出了10kV等级永磁饱和型故障限流器的一个设计实例。仿真与实验结果均表明,增加永磁体的厚度与截面积可获得较优的偏置能力,实现永磁饱和型故障限流器的高压大容量化在技术上是可行的。

大容量永磁偏置型故障限流器的经济性分析与优化

构建了永磁偏置型故障限流器PMFCL的经济性分析模型,包括材料成本和运行成本两部分。材料成本取决于PMFCL的关键结构参数,基于等效磁路法导出了PMFCL 4个关键结构参数与电感和、电感比以及饱和深度比这3个独立电磁变量间的函数关系;运行成本由铁芯损耗和绕组铜耗组成,并给出了各自的计算方法。针对500 k V PMFCL经济性分析实例,分析了电磁变量对PMFCL经济性的影响,并建立其经济性优化模型,求得了PMFCL的最优成本和对应的结构参数。结果表明,在高压大容量应用场合,PMFCL具有较好的经济性优势。Ansoft Maxwell二维有限元仿真验证了经济性优化模型的合理性。

大容量永磁饱和型故障限流器参数设计与优化

为适应大容量应用需求,针对一种直线式永磁饱和型故障限流器(permanent-magnet-biased saturation based fault current limiter,PMFCL)磁拓扑结构,基于等效磁路法建立了以饱和深度比、电感比与电感和为基本变量的结构参数设计算法,并通过分析铁心上工作点的变化规律,将PMFCL结构参数优化转化为对3个独立变量的优化,即对铁心i-Be曲线上3个关键点的优化问题,为获得最优结构参数奠定了算法基础。将参数优化算法应用于110 kV系统设计实例,并基于Maxwell-2D软件建立了直线式PMFCL的场–路耦合仿真模型,验证了算法及优化结构参数的有效性。

永磁饱和型故障限流器的永磁体稳定性实验研究

为获得用于永磁饱和型故障限流器(permanent-magnet-biased saturation based fault current limiter,PM-FCL)的钕铁硼(Nd-Fe-B)N35永磁体的运行稳定性能,从时间、温度和外磁场影响3方面展开了实验研究。以永磁体随时间的退磁率来表征时间稳定性,以可逆损失率和可逆温度系数来表征温度稳定性,并分析了永磁部件的面积厚度比S/L对温度稳定性的影响。进一步,用通电螺线管模拟220kV变电站的工程磁场环境,通过实验考查了PMFCL永磁体的外磁场稳定性。实验表明,钕铁硼永磁体具有较好的时间稳定性和外磁场稳定性,在温度较高时的退磁效应并不明显,并可通过设计面积厚度比S/L较低的限流拓扑予以抵消。所得研究结果为研制面向工程应用的高压大容量PMFCL提供了基础依据。

兼顾技术经济性的永磁偏置型故障限流器优化配置算法

提出了一种兼顾技术性和经济性的大电网永磁偏置型故障限流器(Permanent-magnet-biased Saturation based Fault Current Limiter,PMFCL)优化配置算法.介绍了PMFCL限流机理,定义了短路电流裕量作为挑选超标节点的标准.将节点自阻抗作为节点短路电流水平的衡量指标,基于节点自阻抗增量,构建了兼顾全局限流效果与经济性的PMFCL优化配置评价函数.综合考虑了PMFCL启动条件和节点自阻抗对支路阻抗参数的灵敏度指标以缩小寻优空间,提出了PMFCL在大电网中配置优化算法.将该算法应用于IEEE 39节点标准算例,调用Matlab遗传算法函数完成仿真.结果表明,与不计及灵敏度相比,该算法寻优效率较高;所得最优配置方案能够使所有节点短路电流满足限流要求并保留一定裕量,对超标越严重的节点限流效果较好,验证了该算法的可行性及有效性.

基于偏置经验特征映射的电路故障诊断方法

基于支持向量机的模拟电路故障诊断方法已经成为故障诊断领域的研究热点。然而,在该方法实用化过程中,故障样本集中存在的不平衡分布问题严重影响了该方法的整体诊断性能。针对该问题,提出一种基于偏置经验特征映射的故障诊断方法,该方法将故障样本集映射至经验特征空间,并在该特征空间中使用偏置判别分析准则作为核函数优化的目标函数,最大化所有正常样本同故障样本中心的距离,从而提高故障诊断方法的整体诊断能力。标准数据集以及真实电路上的实验效果表明,提出的方法可以大大缓解由于样本不平衡造成的支持向量机诊断效果下降的问题,从而提高了基于支持向量机的电路故障诊断法方法的适用范围。

磁悬浮飞轮用嵌环式永磁偏置径向磁轴承

为满足航天用扁平转子磁悬浮飞轮对低功耗磁轴承的需求,提出一类同极性嵌环式永磁偏置径向磁轴承(Radial permanent-magnet-biased magnetic bearing,RPMB),旋转损耗低,工作气隙径向内外双环、轴向同层分布,径向磁力为平面汇交力系,具有磁极轴向短、可灵活设计的独特优势。根据全主动、主被动两类磁悬浮飞轮的不同需求,采用磁路分析与有限元仿真的方法,对磁极对齐型、磁极交错型、磁极偏置型三种嵌环式RPMB进行了有针对性的分析与设计,所设计的全主动磁悬浮飞轮,具有轴向长度短、质量小、精度高的优点;所设计的两轴主动磁悬浮飞轮,经优化设计,具有高被动刚度、高电流刚度、电流刚度高稳定性的优点。

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。

永磁饱和型高压直流限流器参数优化设计

随着高压直流系统短路电流水平的提升,故障电流可能超出断路器遮断容量,或使其体积与成本急剧增加。使用故障限流器抑制故障电流上升速度,能够降低对直流断路器性能的要求。其中,永磁饱和型故障限流器具有无需外加控制、自动响应、无需外加励磁电流和损耗较低等优点。目前限流器参数设计主要针对稳态电感值,考虑暂态特性的参数设计及优化方法仍待研究。为此,文中提出一种用于直流系统的永磁饱和型故障限流器参数优化设计方法。首先,介绍了该类型限流器的工作原理。其次,提出了限流器优化设计的约束条件和优化目标函数,以成本最低为目标进行了限流器参数优化设计。最后,建立了有限元和电路仿真模型进行仿真计算,并研制了一台限流器样机,进行了试验。仿真和试验结果表明:采用所提方法可以设计出符合要求的限流器,降低了限流器成本,减小了直流断路器分断过程中的应力。

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。

混合励磁型饱和铁芯故障限流器

应用饱和铁芯故障限流器是限制高压大容量电力系统中短路故障电流的有效措施,为解决现有饱和铁芯故障限流器直流励磁损耗大、限流效果不佳的问题,提出了一种基于永磁体的混合励磁型饱和铁芯故障限流器。通过建立等效磁路、等效电路对该新拓扑的基本原理与工作特性进行研究,着重分析了永磁体对限流器性能的影响。通过搭建基于Maxwell-3D的有限元电磁仿真模型,证明该文所提混合励磁结构可有效限制故障电流,增加永磁体用量可有效降低直流励磁损耗,但会削弱限流器的限流性能与励磁磁动势利用率。最后,通过220 V/10 A限流器样机试验,验证了该文所提结构的有效性与理论的正确性。

含磁偏置超导限流器的66/10 kV变电站的故障限流分析

配网系统短路电流越来越大,现有断路器即将超过遮断容量,给电网安全带来较大影响。针对此问题,利用双分裂电抗器反并联低阻抗特性和超导单元故障失超特性,提出一种具有二级逐级限流特征的磁偏置超导限流器。根据辽阳市某66/10 kV变电站线路参数,基于Matlab/Simulink建立含磁偏置超导故障限流器的系统仿真模型,进行限流仿真计算,获得磁偏置超导故障限流器限流效果的变化规律,以及在故障电流下的失超电阻和温度的变化规律,验证了磁偏置超导限流器原理的正确性。结果表明,磁偏置超导限流器在三相短路故障时电网电流限流率最大可达到19.68%,最大温度为123.7 K,失超恢复时间为32 ms,表明其具有限流响应迅速和失超恢复快的优势。

四相容错型缓解直流偏置饱和的混合励磁磁阻发电机电磁特性研究

针对电励磁双凸极电机线圈磁链单极性变化而产生的定子铁心直流偏置饱和问题,提出一种新型的四相容错型16/18极缓解直流偏置饱和的混合励磁磁阻发电机。该电机在定子槽口放置切向充磁的永磁体,来缓解定子铁心的直流偏置饱和,并提高输出能力,此外依旧可以在短路故障时断开直流励磁电流实现容错。通过合理地配置定转子极数,增加电枢绕组自感与互感的比值,从而提高电机的容错能力。首先,介绍四相电机结构的极槽配合和缓解直流偏置饱和原理,并以提高电机的输出能力和容错能力为优化目标,利用遗传算法对该电机进行多目标优化;其次,对该电机进行电磁特性、铁耗、永磁体涡流损耗和容错性能的研究。最后,通过加工实验样机验证理论分析的正确性。

浅埋顺层偏压软弱围岩隧道施工变形控制技术

浅埋破碎软弱围岩隧道施工难度大,要求施工技术高。针对新建铁路云桂线(广西段)达陇隧道进口洞口段工程,通过施工信息化的方法,采用了大拱脚台阶法、小导管超前注浆预支护、开挖洞室径向注浆加固、短开挖、弱爆破、强支护、二次衬砌紧跟、混凝土挡墙等综合施工技术,确保了施工安全,并解决了施工过程中因浅埋破碎及顺层偏压问题造成初支下沉侵限和隧道顶部及地表开裂的问题。实践证明,所用施工方法及辅助施工措施切实可行,可实现洞内施工安全和洞室结构稳定,其施工经验可为今后类似工程提供一定的参考。

偏置比例导引末制导控制

在空间航天器近距离观测和故障诊断过程中,要求距离航天器足够近。从防碰撞角度出发,提出了偏置导引近距离飞跃的要求。针对此要求,在相对运动模型的基础上,根据二维平面内期望的偏置距离与视线转率之间的关系,扩展到三维空间中重新构造偏置项,推出了一种具有终端偏置距离约束的偏置比例导引律,在视线坐标系的两平面内分别应用该导引律进行偏置控制来实现垂直于视线的平面内任意方向的偏置。最后对顺轨低速和逆轨高速两种不同交会方式进行了六自由度数学仿真,仿真结果表明,两种交会方式的脱靶量误差均小于0.5 m,能成功将飞行器导引到目标近旁飞跃点,且在偏置末制导过程中稳定了飞行器的姿态,从而验证了偏置制导控制的可行性,为对目标近距离观测提供了一种新的方法。

考虑短路电流非周期分量影响的磁偏置型超导故障限流器设计方法及其限流特性分析

随着电力负荷快速增长,电力系统的故障电流水平持续上升,甚至超出了现有断路器的开断能力;为有效限制故障电流,超导故障限流器(superconducting fault current limiter,SFCL)逐渐投入应用。SFCL在正常运行时呈现零阻抗,故障发生后迅速转为高阻抗,可作为配合断路器开断的理想选择,提高电力系统的运行安全性。介绍了一种磁偏置型超导故障限流器(magneto-biased superconducting fault current limiter,MBSFCL),提出了考虑短路电流非周期分量影响的MBSFCL设计方法,对于MBSFCL的制造具有一定的指导意义。通过搭建仿真模型,验证了所提出方法的可行性,并对MBSFCL的限流特性进行了深入分析,讨论了不同非周期分量对断路器的开断影响,以及MBSFCL中电感、电阻参数变化对短路电流及其分量的限流效果影响。分析结果表明,在所提出MBSFCL设计方法中必须考虑非周期分量,且MBSFCL的电阻参数变化对短路电流的抑制效果更为显著。

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。

10kV混合式磁偏置高温超导限流器性能实验研究

近年来,随着电力负荷的快速增长,故障电流水平迅速上升,传统的断路器容量已不能满足要求。利用高温超导的失超特性对电网进行实时保护,不仅可以降低断路器的容量,而且可以提高电网的安全性。介绍了一种新型的偏置磁场自触发超导故障限流器,该限流器主要包含一个双分裂对称绕组的电抗器和多个无感高温超导线圈模块。然后搭建了SFCL磁体的临界电流、交流损耗和工频过电流实验测试系统,对SFCL无感超导单元的临界电流、交流损耗和工频过电流特性进行了实验研究。工频限流测试结果表明:故障后第1周波限流比为43%,第二周波限流比为90%,验证了该SFCL的有效性和技术可行性。