新型飽和鐵芯高溫超導(dǎo)限流器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型飽和鐵芯高溫超導(dǎo)限流器，包括兩個鐵芯，每個鐵芯上有一個交流超導(dǎo)繞組和一個直流超導(dǎo)繞組，其中一個鐵芯上的交流超導(dǎo)繞組和直流超導(dǎo)繞組繞向相同，另一個鐵芯上的則相反。超導(dǎo)限流器包含兩個回路，直流回路上依次接IGBT1并聯(lián)直流恒流源I0，電阻R1和兩個直流超導(dǎo)繞組。交流回路依次接IGBT2并限流電阻R0，交流電源US，電源開關(guān)S1，負(fù)載電阻RL，電阻R2和兩個交流超導(dǎo)繞組。本新型飽和鐵芯型高溫超導(dǎo)限流器在電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，既可限制故障電流的峰值又可限制故障電流的穩(wěn)態(tài)值，限流效果非常明顯，而且在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)飽和鐵芯型高溫超導(dǎo)限流器還可以抑制諧波，減少正常情況線路電流波形畸變率，為消除電網(wǎng)諧波開辟新徑。
【專利說明】
新型飽和鐵芯高溫超導(dǎo)限流器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種故障限流器，特別涉及一種新型飽和鐵芯高溫超導(dǎo)故障限流器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著電網(wǎng)的規(guī)模的日益擴(kuò)大，在超高壓系統(tǒng)故障情況下，會產(chǎn)生非常大的故障電流，現(xiàn)有高壓斷路器難以切除短路故障電流，為了減小故障電流，出現(xiàn)了許多的電流限流器，例如電力電子限流器，電抗限流器和分裂電抗器等，較理想的是超導(dǎo)限流器。
[0003]基本飽和鐵芯型高溫超導(dǎo)限流器結(jié)構(gòu)圖如圖1，其直流超導(dǎo)線圈產(chǎn)生很強(qiáng)的直流磁場，使鐵芯處于深度磁飽和狀態(tài)。正常工作時，額定交流電流產(chǎn)生的磁場，不足以使鐵芯脫離飽和區(qū)，使線圈在電網(wǎng)中處于低感抗?fàn)顟B(tài)。當(dāng)出現(xiàn)短路故障時，大電流產(chǎn)生的磁通勢達(dá)到超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的磁通值，直流磁通和交流磁通方向反向的鐵芯脫離飽和狀態(tài)，在交流線圈中引起磁通量的變化，產(chǎn)生高感抗，從而限制短路電流，而磁通方向相同的另一個鐵芯仍然處于飽和狀態(tài)，阻抗仍很小。采用兩組鐵芯是為了在正負(fù)半周分別限制短路電流，這種限流器在短路狀態(tài)，雖然對外呈現(xiàn)高阻抗，但超導(dǎo)體并不失超，因此，不存在失超恢復(fù)的問題，有利于實(shí)現(xiàn)線路重合閘。這種故障限流器的缺陷是:1)基本飽和鐵芯型高溫超導(dǎo)限流器的一次繞組是銅繞組，它會存在電能損耗和電壓損耗。2)基本飽和鐵芯型高溫超導(dǎo)限流器直流回路中的直流電流在短路故障時會減少短路電流的限制能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有基本飽和鐵芯型高溫超導(dǎo)故障限流器存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)簡單、可以限制故障電流的峰值和穩(wěn)態(tài)值的新型飽和鐵芯高溫超導(dǎo)故障限流器。而且在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)飽和鐵芯型高溫超導(dǎo)限流器還可以抑制諧波，減少正常情況交流電流波形畸變率，為消除電網(wǎng)諧波開辟新徑。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:包括兩個鐵芯，每個鐵芯上有一個交流超導(dǎo)繞組和一個直流超導(dǎo)繞組，其中一個鐵芯上的交流超導(dǎo)繞組和直流超導(dǎo)繞組繞向相同，另一個鐵芯上的則相反，兩個交流超導(dǎo)繞組串接在輸電線路中，直流超導(dǎo)繞組用于產(chǎn)生一個很強(qiáng)的直流磁場，使鐵芯深度飽和。超導(dǎo)限流器包含兩個回路，直流回路上依次接IGBT1并聯(lián)直流恒流源Itl,電阻R1和兩個直流超導(dǎo)繞組。交流回路依次接IGBT2并限流電阻Rtl,交流電源Us,電源開關(guān)S1，負(fù)載電阻&，電阻R2和兩個交流超導(dǎo)繞組。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:1)限流器原副邊均采用超導(dǎo)繞組，在正常工作情況，在原副邊繞組不會產(chǎn)生電能損耗和電壓損耗。2)在短路故障時，通過IGBT快速斷開直流電流提高限流能力。3)在交流回路串入限流電阻R。，進(jìn)一步提高了其限流能力。4)由于短路故障能量主要消耗在限流電阻中，而不是消耗在超導(dǎo)電感上，從而大大降低了低溫系統(tǒng)的功率級別和運(yùn)行費(fèi)用。5)飽和鐵芯型高溫超導(dǎo)限流器還可以抑制諧波，減少正常情況交流電流波形畸變率，為消除電網(wǎng)諧波開辟新徑。
[0007]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為基本飽和鐵芯型高溫超導(dǎo)故障限流器的原理圖。
[0009]圖2為本發(fā)明的原理圖。
[0010]圖3正常情況和短路情況線路電流i與偏置電流Itl的關(guān)系。
[0011]圖4正常情況和短路情況限流器電壓Uab與偏流電流Itl的關(guān)系。
[0012]圖5正常情況下線路電流波形及其線路電流的諧波畸變率。
[0013]圖6飽和鐵芯限流器的原邊等效圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]參見圖2，圖2為本發(fā)明的原理圖。本發(fā)明中超導(dǎo)限流器包含兩個回路，直流回路上依次接IGBT1并聯(lián)直流恒流源Itl,電阻R1和兩個直流超導(dǎo)繞組。交流回路依次接IGBT2并限流電阻Rtl,交流電源Us，電源開關(guān)S1,負(fù)載電阻&，電阻R2和兩個交流超導(dǎo)繞組。IGBT1和IGBT2的動作時間低于100μ S，均滿足電力系統(tǒng)重合閘的要求，并增加了限流電阻Rtl，用于故障限流。
[0015]新型飽和鐵芯高溫超導(dǎo)故障限流器的工作原理:在正常工作情況，兩個IGBT處于閉合狀態(tài)，限流電阻Rtl被短路，工作狀態(tài)與基本飽和鐵芯型超導(dǎo)限流器很相似，交流線圈所產(chǎn)生的交流磁場不足以使鐵芯脫離飽和區(qū)，鐵芯內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，交流繞組所交鏈的磁通Φ恒定，交流繞組兩端的感應(yīng)電動勢為零，新型飽和鐵芯高溫超導(dǎo)限流器的原副邊繞組均為超導(dǎo)繞組，不存在電能損耗和電壓損耗，也即在正常工作情況沒有出現(xiàn)限流現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)短路故障時，大的交流短路電流所產(chǎn)生的磁通量達(dá)到或超過直流超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的磁通值，直流磁通和交流磁通方向反向的鐵芯脫離飽和狀態(tài)，在交流線圈中引起磁通量的變化，產(chǎn)生高感抗，從而限制短路電流，而磁通方向相同的另一個鐵芯仍然處于飽和狀態(tài)，阻抗仍很小。采用兩組鐵芯是為了在正負(fù)半周分別限制短路電流。IGBT1檢測到突然增大的交流短路電流后，在μ S級時間后閉合，從而短接直流偏流，提高其限流能力。IGBT2也在檢測到突然增大的交流短路電流后，在μ S級時間后斷開，使得限流電阻Rtl串入限流，進(jìn)一步提高其限流能力，使得短路故障能量主要消耗在限流電阻Rtl上，而不是消耗在超導(dǎo)電感上，大大降低了低溫系統(tǒng)的損耗。這種限流器，在短路狀態(tài)，雖然對外呈現(xiàn)高阻抗，但超導(dǎo)體并不失超，因此，不存在失超恢復(fù)的問題，具有快速重合閘功能。
[0016]正常工作狀態(tài)，飽和鐵芯型高溫超導(dǎo)限流器的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個空心變壓器，可以得到其原邊等效電路如圖6所示。副邊回路自阻抗Z22計(jì)算表達(dá)式:Z22 = R+j OL2，其中R2為副邊超導(dǎo)繞組的電阻，因超導(dǎo)繞組不失超，其電阻為0，L2S副邊超導(dǎo)繞組的電感。原邊回路自阻抗Z11計(jì)算表達(dá)式=Z11 = R^jQL17L1為一次超導(dǎo)繞組的電感，R1為一次超導(dǎo)繞組的電阻，其電阻為0，&為負(fù)載電阻，一次回路的阻抗的計(jì)算式為=Z1 = Z11+(ωΜ) VZ22,可見飽和鐵芯型超導(dǎo)限流器相當(dāng)于一個電感，因而對電力系統(tǒng)的諧波有抑制作用，當(dāng)直流電流增加使鐵芯飽和，原副邊超導(dǎo)繞組的電感電感U、L2趨近于0，原副邊超導(dǎo)繞組的互感M也趨近為0，使得一次回路的引入阻抗(ωΜ)2/Ζ22也趨近為0，因而對電力系統(tǒng)的諧波的抑制作用減少；但當(dāng)頻率ω增加，引入阻抗(ωΜ)2/Ζ22增大，因而限流器對高頻電流有很好的抑制作用，飽和鐵芯型HTSCFCL具有抑制高次諧波的功能，并且可減少線路電流波形諧波畸變率。因新型飽和鐵芯超導(dǎo)限流器原副邊均不存在電阻，因而不存在電能損耗，但會存在電壓損耗，可以用調(diào)壓方式使電源端的電壓適當(dāng)調(diào)高，然后將超導(dǎo)限流器的直流電流短接，此時新型飽和鐵芯超導(dǎo)限流器就可以既可作為超導(dǎo)限流器，又可作為電力系統(tǒng)諧波抑制器。
【權(quán)利要求】
1.一種新型飽和鐵芯高溫超導(dǎo)限流器包括兩個鐵芯，每個鐵芯上有一個交流超導(dǎo)繞組和一個直流超導(dǎo)繞組，其中一個鐵芯上的交流超導(dǎo)繞組和直流超導(dǎo)繞組繞向相同，另一個鐵芯上的則相反。超導(dǎo)限流器包含兩個回路，直流回路上依次接IGBT1并聯(lián)直流恒流源Itl,電阻R1和兩個直流超導(dǎo)繞組。交流回路依次接IGBT2并限流電阻Rtl,交流電源Us，電源開關(guān)S1,負(fù)載電阻&，電阻R2和兩個交流超導(dǎo)繞組。
【文檔編號】H02H9/02GK104201661SQ201410471137
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】張晚英, 佘旺, 胡雪峰, 劉東輝, 周輝, 申鴻哲, 趙碩, 梁杰, 劉衛(wèi), 劉伯鑫, 黃守道, 王耀南, 黎福海, 羅安 申請人:湖南大學(xué)