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高温超导故障限流器的仿真分析及等效电路研究

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低温与超导 2018年第4期46卷 39-44页

作者：赵鑫方进谭璐耿国丽舒航陈铮北京交通大学电气工程学院北京100044

设计完成饱和铁心型高温超导故障限流器的实物模型,用有限元软件仿真,得到线圈运行的电感值,为变压器建立了饱和铁心型高温超导故障限流器的T型等效电路,并提供了重要的参数设置依据。用电路仿真软件运行等效电路图,将其限流效果和有限... 详细信息

设计完成饱和铁心型高温超导故障限流器的实物模型,用有限元软件仿真,得到线圈运行的电感值,为变压器建立了饱和铁心型高温超导故障限流器的T型等效电路,并提供了重要的参数设置依据。用电路仿真软件运行等效电路图,将其限流效果和有限元软件中的限流效果做对比,最终验证等效电路是正确的。

关键词：高温超导故障限流器有限元仿真等效电路

基于双馈风电场低电压穿越的高温超导故障限流器建模及其参数优化

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电力系统保护与控制 2019年第18期47卷 99-107页

作者：宋文峰王倩李亚楠王昕钰周士琼西南交通大学电气工程学院四川成都610031 国网周口供电公司河南周口466000 大秦铁路股份有限公司科研所山西太原030000 中交机电工程局湖北武汉430000

针对电网故障下的双馈风力发电机组(Doubly-Fed Induction Generations,DFIG)的低电压穿越问题,提出装设电阻型高温超导故障限流器(High Temperature Superconducting Fault Current limiter,HTS-FCL)的低电压穿越保护策略。基于HTS-FCL的电特性与温度特性,采用热电类比法建立了详细的HTS-FCL仿真模型。基于DFIG的暂态模型,推导了电网故障下的DFIG暂态响应,分析了HTS-FCL保护投入后其参数对DFIG暂态响应的影响,采用模糊优化与粒子群算法相结合的方法优化了HTS-FCL的主要参数。仿真结果表明,HTS-FCL参数优化结果有较好的适用性,所提策略能够实现电网严重故障下的DFIG低电压穿越。

关键词：双馈风力发电机组低电压穿越高温超导故障限流器热电类比法暂态计算模糊优化粒子群算法

基于免疫算法的高温超导故障限流器Pareto多目标优化配置

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电网技术 2015年第5期39卷 1343-1350页

作者：陈柏超魏亮亮雷洋涂志康袁佳歆陈峰聂德鑫潘靖武汉大学电气工程学院湖北省武汉市430072 国网安徽省电力公司安徽省合肥市230022 国网电力科学研究院湖北省武汉市430074 广东电网有限责任公司汕头供电局广东省汕头市515041

针对高温超导故障限流器(high temperature superconductor-fault current limiter,HTS-FCL)的全网优化配置问题,提出了一种基于免疫算法的高温超导故障限流器Pareto多目标优化配置新方法。该方法综合考虑了限流器的成本和限流效果这2... 详细信息

针对高温超导故障限流器(high temperature superconductor-fault current limiter,HTS-FCL)的全网优化配置问题,提出了一种基于免疫算法的高温超导故障限流器Pareto多目标优化配置新方法。该方法综合考虑了限流器的成本和限流效果这2个优化目标。首先介绍了HTS-FCL的基本结构和原理,分析了安装高温超导故障限流器对原系统自阻抗的影响,提出了一种基于短路电流变化率的灵敏度计算方法,该方法可以缩小搜索空间,提高算法效率。然后分别建立了限流器成本评价子函数、限流效果评价子函数和多目标评价函数,制定了基于免疫算法的多目标Pareto优化算法流程,并在传统免疫算法的基础上提出了一种改进型的等成本倒位算子,通过仿真验证表明该算子较常规的免疫算法,能更好地收敛到最优解。最后以IEEE 39标准节点系统为例,实现了HTS-FCL的全网优化配置,验证了新方法的有效性,并求得了在综合考虑限流器成本和限流效果下的Pareto最优解集,设计者可以根据自己的意愿和实际情况在所求得的Pareto最优解集中选择合适的最优方案。

关键词：高温超导故障限流器免疫算法等成本倒位算子多目标优化 Pareto最优解集

基于电阻型高温超导故障限流器的双馈风电场故障穿越策略研究

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电工电能新技术 2019年第1期38卷 40-47页

作者：宋文峰王倩李亚楠刘柳王昕钰西南交通大学电气工程学院四川成都610031

为了提升基于双馈风力发电机组(DFIG)的风电场故障穿越能力,本文提出了在DFIG风电场出口变压器高压侧装设电阻型高温超导故障限流器(HTS-FCL)的风电场故障穿越策略。基于YBCO超导材料的E-I特性建立HTS-FCL的仿真模型,以DFIG的等值模型... 详细信息

为了提升基于双馈风力发电机组(DFIG)的风电场故障穿越能力,本文提出了在DFIG风电场出口变压器高压侧装设电阻型高温超导故障限流器(HTS-FCL)的风电场故障穿越策略。基于YBCO超导材料的E-I特性建立HTS-FCL的仿真模型,以DFIG的等值模型为基础分析了电网故障下采用HTS-FCL保护对DFIG的定、转子电流的影响,由理论推导证明了所提策略的有效性。在此基础上搭建了采用HTS-FCL保护的DFIG风电场仿真模型,仿真结果表明采用HTS-FCL保护策略可以有效提升DFIG风电场的故障穿越能力。

关键词：双馈风电场故障穿越高温超导故障限流器解析计算暂态仿真

新型饱和铁芯型高温超导故障限流器控制系统及其实验研究

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新型饱和铁芯型高温超导故障限流器控制系统及其实验研究

作者：王建中太原理工大学

学位级别：硕士

随着电网容量的不断扩大，短路电流的值不断提高，给系统的安全、稳定和可靠运行埋下了严重隐患，传统的限流技术已逐渐显现出局限性而越来越不能适应当今社会对电能质量上的高要求。短路电流限制技术已成为故障保护的一个研究热点。超... 详细信息

随着电网容量的不断扩大，短路电流的值不断提高，给系统的安全、稳定和可靠运行埋下了严重隐患，传统的限流技术已逐渐显现出局限性而越来越不能适应当今社会对电能质量上的高要求。短路电流限制技术已成为故障保护的一个研究热点。超导故障限流器以现今流行的超导技术为背景，被普遍认为是目前比较先进的短路故障电流限制装置。饱和铁芯型高温超导故障电流限制器就是其中一种。传统的饱和铁芯型高温超导故障限流器(high temperature superconducting fault current limiter，简称HTSFCL)在短路发生后采取不切断直流励磁的方式，限流效果较弱、超导励磁线圈要承受很高的感应电压和直流电源在较大的感应电压干扰时仍要保持恒流状态。为此，本文提出了一种新型主动式饱和铁芯型高温超导故障限流器，即在检测到短路故障时采用高压IGBT快速切断直流励磁系统的方式。并针对这种超导故障限流器的直流励磁控制系统进行研究，设计了这种高压IGBT的驱动和保护电路，并参与了380V／50A新型饱和铁芯型高温超导故障限流器的实验样机制作和短路故障限流实验。新型饱和铁芯型高温超导故障限流器样机的监控系统的作用就是电网正常运行时，闭合直流励磁系统，超导限流器工作在饱和段，呈现低阻抗;当电网故障发生时，切断直流励磁系统，此时限流器呈现高阻抗，超导限流器进行限流，当电网故障排除，需要重合闸时，限流器重新进入饱和段，使电网稳定运行。控制系统的设计要采用合理的故障检测和判断方法，对直流励磁系统采用合理控制策略，并能保证控制系统的可靠性。数据采集和检测由NI的16位PCI总线数据采集卡和电压电流传感器等组成，以LabVIEW为开放平台，实现故障信号高精度、高速率采样、显示和存储。短路故障限流实验系统主要包括短路实验平台、实时数据采集系统、监测控制系统三部分。同时，为了使系统中的短路冲击达到最大，以反并联晶闸管作为短路开关，对短路合闸角和短路时间进行控制。最后完成了新型主动式饱和铁芯型高温超导限流器的低压短路实验。短路实验结果表明，采用该控制系统的高温超导限流器能有效限制短路故障发生后的短路电流冲击峰值和稳态短路电流，从而验证了这种高温超导限流器原理的可行性，为下一步研发35kV／1.5kA的新型饱和铁芯型高温超导限流器并在云南电网公司普吉电站进行挂网实验运行提供了理论和实践支持。

关键词：超导电力饱和铁芯型高温超导故障限流器 LabVIEW 短路实验

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饱和铁心型高温超导故障限流器的仿真分析

低压电器 2013年第14期 8-11页

作者：董建民李东晶赵翠霞山东工业职业学院山东淄博256414 西安交通大学电气工程学院陕西西安710049

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... 详细信息

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。

关键词：高温超导故障限流器饱和铁心型瞬态仿真分析磁场-电路耦合磁屏蔽

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电阻型高温超导限流器暂态电阻特性分析

电工技术学报 2018年第9期33卷 2130-2138页

作者：龚珺诸嘉慧方进陈盼盼丘明北京交通大学电气工程学院北京100044 中国电力科学研究院北京100192

高温超导故障限流器(SFCL)因集自触发、限流、损耗较小等优点已成为解决目前电网短路故障问题的有效设备,为电力系统中电能的传输质量和稳定性提供了有效保障。该文通过对YBCO超导材料电、热性能的分析,建立电阻型超导限流单元瞬态电阻... 详细信息

高温超导故障限流器(SFCL)因集自触发、限流、损耗较小等优点已成为解决目前电网短路故障问题的有效设备,为电力系统中电能的传输质量和稳定性提供了有效保障。该文通过对YBCO超导材料电、热性能的分析,建立电阻型超导限流单元瞬态电阻与其通过的电流和所在环境温度变化规律的数学模型。应用电力系统电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC进行线路建模和短路故障运行状态模拟,并联合采用Matlab构建等效数学模型。通过数值暂态联合仿真分析,获得单相短路故障情况下与三相短路故障情况下超导故障限流器的限流比率及超导限流单元的电阻和温度变化特征。并对超导带材进行冲击电流试验,验证其电阻变化规律。计算和分析结果表明,在不同强度的短路电流冲击下,高温超导故障限流器产生的瞬态电阻受短路电流幅值和变化率影响较大。阻值变化的速率随短路电流变化速率的增大而增大,因此对于不同程度短路电流需采取不同的限流保护策略。该研究对超导限流器距离保护的研究提供了时间维度的参考,对掌握各种复杂拓扑类型高温超导限流器限流特性具有参考意义。

关键词：高温超导故障限流器限流电阻短路电流暂态仿真温度特性电特性

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高温超导限流器的研究进展

中国材料进展 2017年第5期36卷 335-343页

作者：张翠萍西北有色金属研究院超导材料研究所陕西西安710016

对高温超导限流器(HTSFCL)的国内外发展及研究现状进行了评述。高温超导限流器作为一种理想的故障限流器,它的研制涉及物理、材料学、电力电子、低温工程等多领域学科的知识与技术,是一项多学科技术的综合。目前在世界范围内有18个国家... 详细信息

对高温超导限流器(HTSFCL)的国内外发展及研究现状进行了评述。高温超导限流器作为一种理想的故障限流器,它的研制涉及物理、材料学、电力电子、低温工程等多领域学科的知识与技术,是一项多学科技术的综合。目前在世界范围内有18个国家参与了高温超导限流器的研制,已完成挂网试运行和正在运行的高温超导限流器有19台,分布在7个国家。在中国现有3台处于试运行中,其中1台运行于世界上第一个超导变电站——甘肃白银超导变电站内。世界各国的研究现状显示,高温超导限流器的技术趋于成熟,然而大规模的商业化应用还面临着几个制约因素:超导线材的高昂价格,维持低温运行的成本,技术标准的制定,市场对高品质电力的需求等。只有降低超导材料的成本和高温超导限流器的运营成本,才会出现超导限流器的大规模应用,使之成为保障电力网络稳定安全运行的一个理想选择。

关键词：高温超导故障限流器 Bi2212超导带材 YBCO涂层导体短路电流变电站

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饱和铁芯型高温超导限流器的设计与仿真

饱和铁芯型高温超导限流器的设计与仿真

作者：陆婷电子科技大学

学位级别：硕士

随着电力系统容量的不断增加,短路电流值不断增高,严重威胁着设备和人的安全。利用超导体制作的高温超导故障限流器是一种具有革新意义的理想限流装置。高温超导故障限流器集检测、触发和限流于一体,具有自动恢复功能,若能将其实用化,... 详细信息

随着电力系统容量的不断增加,短路电流值不断增高,严重威胁着设备和人的安全。利用超导体制作的高温超导故障限流器是一种具有革新意义的理想限流装置。高温超导故障限流器集检测、触发和限流于一体,具有自动恢复功能,若能将其实用化,不仅可降低系统保护装置的规格、提高现有电网的输送容量,还可以提高系统的安全可靠性和供电质量。论文首先阐述了电力系统的发展、短路限流技术的发展背景以及目前国内外对高温超导故障限流器的研究开发情况。详细介绍了饱和铁芯型高温超导故障限流器的基本结构与工作原理,明确了限流器的动态方程、系统运行的参数,确定了设计方法与步骤,完成了一台6.3kV/1kA的饱和铁芯型高温超导故障限流器的模型设计。然后根据所测试的电力系统自动化综合实验平台的容量,将所设计的限流器模型换算成与实验平台相匹配的小容量限流器,并进行等值电路的计算。在此基础上,分析了限流器的阻抗变化,搭建了短路测试电路并对限流器进行了短路故障时的瞬态仿真。其次,基于对限流器模型等值电路的仿真分析、电力系统实验平台的短路电流测试,将实际电网电路进行了简化与推广,在简化电路图中进行了各类短路故障仿真,得出了各类短路发生时,短路电流的变化情况。同时,将小容量限流器接入电路中进行短路故障的仿真,通过比较接入限流器前后,线路电流的变化情况,证实了模型的有效性。最后,在模型的有效性得到验证后,进一步分析了短路故障发生在不同时刻时,故障电流的变化情况以及限流器的动作特性,对于不同时刻发生的短路故障,此模型均能进行有效的限流。基于对模型的仿真验证,讨论了影响限流器动作特性的参数,并最终提出了限流器的改进设计方案。

关键词：电力系统高温超导故障限流器饱和铁芯短路