基于复合磁性材料的磁饱和限流器性能优化设计及HVDC系统应用

作     者：周航 袁佳歆 季雨晴 陈凡 张朝阳 ZHOU Hang;YUAN Jiaxin;JI Yuqing;CHEN Fan;ZHANG Zhaoyang

作者机构：武汉大学电气与自动化学院湖北省武汉市430072 

出 版 物：《中国电机工程学报》 (Proceedings of the CSEE)

年 卷 期：2021年第41卷第18期

页      面：6419-6430页

核心收录：

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2017YFB0902904) 湖北省自然科学基金杰出青年基金项目(2020CFA098) 湖北省重点研发计划项目(2020BAB111) 

主　　题：直流限流器 永磁体 纳米非晶 MMC-HVDC输电系统 

摘      要：永磁偏磁型直流限流器(permanent magnet biased saturated core fault current limiter,PMFCL),简称永磁限流器,是一种有效解决柔性直流输电系统短路电流问题的技术手段。传统永磁限流器存在电感变化速度不快、变化倍数较小和永磁体退磁风险问题。针对上述问题,提出一种基于复合磁性材料的永磁偏磁型磁饱和限流器(hybrid soft magnetic material saturated core fault current limiter,HMFCL),具有响应速度快、阻抗增益倍数高和退磁风险低的优点。首先,深入分析传统永磁限流器性能存在缺陷的本质原因,建立等效电磁路方程,结合纳米非晶及硅钢片各自的性能特征,重构磁路拓扑结构以降低永磁体占磁性材料比例,提出复合磁性材料的三柱式永磁限流器拓扑结构,在确保永磁体工作稳定性的前提下,大大提高永磁限流器性能;其次,开展限流器本体参数分析设计及多组仿真分析工作;最后,搭建试验平台并开展试验验证。仿真和试验结果表明所提出的基于复合磁性材料的三柱式永磁限流器电感变化倍数较传统限流器提升3.5倍,故障电流水平降低50%。