桥式超导故障限流器的数字仿真研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第34卷第23期继RE电LA器YVo1．34No．23242006年12月1日Dec．1．2006桥式超导故障限流器的数字仿真研究马幼捷，刘富永，周雪松，弓晋霞(天津理工大学，天津300191)摘要：桥式超导故障限流器，它由超导磁体、二极管桥路和直流偏压源组成。超导故障限流器与常规限流电抗器不同之处是：将其接入电网，当电力系统正常运行时，超导体电阻几乎为零，时电力系统运行无影响：3"-电网发生短路故障时，超导线圈可以无时延地被自动串入线路，从而限制了短路故障电流，使得轻型断路器可以正常动作。通过PSCAD软件对超导故障限流器的

2、运行特性进行仿真分析，证明超导故障限流器在电力系统中应用的意义与前景。关键词：电力系统；超导故障限流器；超导线圈；短路故障：断路器中图分类号：TM71l文献标识码：A文章编号：1003-4897(2006)23-0024-05串联的断路器CB用于开断被降低的故障电流，DC0引言用于向超导线圈提供偏流正常运行期间调节随着我国国民经济的发展，电力系统容量快速DC使。=Io(，0是偏压源DC提供给超导线圈偏流增长，导致电网短路功率及故障短路电流迅速增大，的初始值)，使，0大于线路电流i的峰值，于是二电力系统安全稳定性问题越来越重要⋯。为了保极管桥路始终导通，除桥路上有较小的正向电

3、压降证稳定地输送大容量、高质量的电能，继电保护装置以外，SFCL对不表现出任何阻抗。故障状态下等必须满足高值短路电流带来的更严格的要求。超的幅值增大到时，在正半周内二极管D和导故障限流器(SFCL)能在亚毫秒级内有效限制故D不导通，而在负半周内D和D不导通，超导线障电流，显著降低高压断路器的开断容量，它集检圈就被自动地串接入线路，故障电流就被大电感测、转换和限流于一身，是一种有效的电力系统故障所限制。由于超导线圈是自动投入或退出限流状保护装簧。态，限流器反应时问、恢复时问几乎为零。超导故障限流器(SFCL)是近年来新兴交叉学科——超导电力技术的一个重要研究课题，是现代电力系

4、统中新兴的重要元件，属于灵活交流输电技术FACTS(FlexibleACTransmissionSystem)的研究范畴，根据是否利用超导体的失超特性限流，分为失超型和不失超型。其中不失超型超导故障限流器与现代电力电子技术相结合，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)和西屋电气公司(WestinghouseElec-图1桥式超导故障限流器tricCorporation)于1982年首先提出了桥路型SFCLFig．1SchematicdiagramofSFCLwithadiodebridge的概念，并成功研制了一台桥路型SFCL，该限流器属于不失超型超导故障限流器的一种J。设

5、4个二极管D～D的电流分别为i。、iD2、i。，和i(参考方向如图1所示)，线路电流为：1桥路型SFCL拓扑及仿真分析i=，sin(COt+Ot)桥路型SFCL充分利用了超导材料在直流状态对二极管桥路由基尔霍夫电流定律(KCL)得到下的无阻载流特性，主要由二极管桥路D．一D、超如下方程组：导线圈(超导电感)和直流偏压源DC组成，与其+il)4=L1lD1+D3=L基金项目：国家“九五”重点科技攻关项目(96．A19-05-02)fD2+iD4=I维普资讯http://www.cqvip.com马幼捷，等桥式超导故障限流器的数字仿真研究25D3十ac=LD"2L20由桥式电路

6、对称性得：100080iD1D2060iD3=iU40．400．2()求解以上方程可得：0．O0020。：：(+)0tOO01500．20002500．3000，350L50n，：阱：(一)L00()．50我们可以看出只要超导线圈偏流的初始值0O0大于线路电流i。的峰值，二极管桥路就是始终导通—0，50-l00的。—150据此给出桥式超导故障限流器的线路、超导线-2O00．1000150020002500．3000350圈及各个二极管的稳态电流曲线如图2所示。图3桥式超导故障限流器在故障期间的电流Fig．3CurrentsinSFCIwithadiodebridgeduri

7、ngfaultconditions从以上仿真波形我们可以看出，当短路故障发、厂＼、、√＼～。厂＼一厂＼／_l、Il厂、生后，短路电流被大电感限制而缓慢增加，即桥式、、线路l乜流超导故障限流器可以不失超地限制短路故障电流。由于超导电感的引入，会增加放电时间常数丁(=图2桥式超导故障限流器的稳态电流曲线L／R)，一定程度上会影响快速重合闸及发生二次故Fig．2SteadystatecurrentsofSFCLwithadiodebridge障快速投入。因此，在原拓扑结构的基础上，增加了当线路发生短路故障时，超导线圈就自