新型饱和铁芯高温超导限流器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型饱和铁芯高温超导限流器，包括两个铁芯，每个铁芯上有一个交流超导绕组和一个直流超导绕组，其中一个铁芯上的交流超导绕组和直流超导绕组绕向相同，另一个铁芯上的则相反。超导限流器包含两个回路，直流回路上依次接IGBT1并联直流恒流源I0，电阻R1和两个直流超导绕组。交流回路依次接IGBT2并限流电阻R0，交流电源US，电源开关S1，负载电阻RL，电阻R2和两个交流超导绕组。本新型饱和铁芯型高温超导限流器在电网发生短路故障时，既可限制故障电流的峰值又可限制故障电流的稳态值，限流效果非常明显，而且在实验中发现饱和铁芯型高温超导限流器还可以抑制谐波，减少正常情况线路电流波形畸变率，为消除电网谐波开辟新径。
【专利说明】
新型饱和铁芯高温超导限流器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种故障限流器，特别涉及一种新型饱和铁芯高温超导故障限流器。
【背景技术】
[0002]随着电网的规模的日益扩大，在超高压系统故障情况下，会产生非常大的故障电流，现有高压断路器难以切除短路故障电流，为了减小故障电流，出现了许多的电流限流器，例如电力电子限流器，电抗限流器和分裂电抗器等，较理想的是超导限流器。
[0003]基本饱和铁芯型高温超导限流器结构图如图1，其直流超导线圈产生很强的直流磁场，使铁芯处于深度磁饱和状态。正常工作时，额定交流电流产生的磁场，不足以使铁芯脱离饱和区，使线圈在电网中处于低感抗状态。当出现短路故障时，大电流产生的磁通势达到超导线圈产生的磁通值，直流磁通和交流磁通方向反向的铁芯脱离饱和状态，在交流线圈中引起磁通量的变化，产生高感抗，从而限制短路电流，而磁通方向相同的另一个铁芯仍然处于饱和状态，阻抗仍很小。采用两组铁芯是为了在正负半周分别限制短路电流，这种限流器在短路状态，虽然对外呈现高阻抗，但超导体并不失超，因此，不存在失超恢复的问题，有利于实现线路重合闸。这种故障限流器的缺陷是:1)基本饱和铁芯型高温超导限流器的一次绕组是铜绕组，它会存在电能损耗和电压损耗。2)基本饱和铁芯型高温超导限流器直流回路中的直流电流在短路故障时会减少短路电流的限制能力。
【发明内容】
[0004]为了解决现有基本饱和铁芯型高温超导故障限流器存在的技术问题，本发明提出一种结构简单、可以限制故障电流的峰值和稳态值的新型饱和铁芯高温超导故障限流器。而且在实验中发现饱和铁芯型高温超导限流器还可以抑制谐波，减少正常情况交流电流波形畸变率，为消除电网谐波开辟新径。
[0005]本发明解决上述技术问题的技术方案是:包括两个铁芯，每个铁芯上有一个交流超导绕组和一个直流超导绕组，其中一个铁芯上的交流超导绕组和直流超导绕组绕向相同，另一个铁芯上的则相反，两个交流超导绕组串接在输电线路中，直流超导绕组用于产生一个很强的直流磁场，使铁芯深度饱和。超导限流器包含两个回路，直流回路上依次接IGBT1并联直流恒流源Itl,电阻R1和两个直流超导绕组。交流回路依次接IGBT2并限流电阻Rtl,交流电源Us,电源开关S1，负载电阻&，电阻R2和两个交流超导绕组。
[0006]本发明的技术效果在于:1)限流器原副边均采用超导绕组，在正常工作情况，在原副边绕组不会产生电能损耗和电压损耗。2)在短路故障时，通过IGBT快速断开直流电流提高限流能力。3)在交流回路串入限流电阻R。，进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电阻中，而不是消耗在超导电感上，从而大大降低了低温系统的功率级别和运行费用。5)饱和铁芯型高温超导限流器还可以抑制谐波，减少正常情况交流电流波形畸变率，为消除电网谐波开辟新径。
[0007]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为基本饱和铁芯型高温超导故障限流器的原理图。
[0009]图2为本发明的原理图。
[0010]图3正常情况和短路情况线路电流i与偏置电流Itl的关系。
[0011]图4正常情况和短路情况限流器电压Uab与偏流电流Itl的关系。
[0012]图5正常情况下线路电流波形及其线路电流的谐波畸变率。
[0013]图6饱和铁芯限流器的原边等效图。
【具体实施方式】
[0014]参见图2，图2为本发明的原理图。本发明中超导限流器包含两个回路，直流回路上依次接IGBT1并联直流恒流源Itl,电阻R1和两个直流超导绕组。交流回路依次接IGBT2并限流电阻Rtl,交流电源Us，电源开关S1,负载电阻&，电阻R2和两个交流超导绕组。IGBT1和IGBT2的动作时间低于100μ S，均满足电力系统重合闸的要求，并增加了限流电阻Rtl，用于故障限流。
[0015]新型饱和铁芯高温超导故障限流器的工作原理:在正常工作情况，两个IGBT处于闭合状态，限流电阻Rtl被短路，工作状态与基本饱和铁芯型超导限流器很相似，交流线圈所产生的交流磁场不足以使铁芯脱离饱和区，铁芯内的磁感应强度B不变，交流绕组所交链的磁通Φ恒定，交流绕组两端的感应电动势为零，新型饱和铁芯高温超导限流器的原副边绕组均为超导绕组，不存在电能损耗和电压损耗，也即在正常工作情况没有出现限流现象。当出现短路故障时，大的交流短路电流所产生的磁通量达到或超过直流超导线圈产生的磁通值，直流磁通和交流磁通方向反向的铁芯脱离饱和状态，在交流线圈中引起磁通量的变化，产生高感抗，从而限制短路电流，而磁通方向相同的另一个铁芯仍然处于饱和状态，阻抗仍很小。采用两组铁芯是为了在正负半周分别限制短路电流。IGBT1检测到突然增大的交流短路电流后，在μ S级时间后闭合，从而短接直流偏流，提高其限流能力。IGBT2也在检测到突然增大的交流短路电流后，在μ S级时间后断开，使得限流电阻Rtl串入限流，进一步提高其限流能力，使得短路故障能量主要消耗在限流电阻Rtl上，而不是消耗在超导电感上，大大降低了低温系统的损耗。这种限流器，在短路状态，虽然对外呈现高阻抗，但超导体并不失超，因此，不存在失超恢复的问题，具有快速重合闸功能。
[0016]正常工作状态，饱和铁芯型高温超导限流器的结构相当于一个空心变压器，可以得到其原边等效电路如图6所示。副边回路自阻抗Z22计算表达式:Z22 = R+j OL2，其中R2为副边超导绕组的电阻，因超导绕组不失超，其电阻为0，L2S副边超导绕组的电感。原边回路自阻抗Z11计算表达式=Z11 = R^jQL17L1为一次超导绕组的电感，R1为一次超导绕组的电阻，其电阻为0，&为负载电阻，一次回路的阻抗的计算式为=Z1 = Z11+(ωΜ) VZ22,可见饱和铁芯型超导限流器相当于一个电感，因而对电力系统的谐波有抑制作用，当直流电流增加使铁芯饱和，原副边超导绕组的电感电感U、L2趋近于0，原副边超导绕组的互感M也趋近为0，使得一次回路的引入阻抗(ωΜ)2/Ζ22也趋近为0，因而对电力系统的谐波的抑制作用减少；但当频率ω增加，引入阻抗(ωΜ)2/Ζ22增大，因而限流器对高频电流有很好的抑制作用，饱和铁芯型HTSCFCL具有抑制高次谐波的功能，并且可减少线路电流波形谐波畸变率。因新型饱和铁芯超导限流器原副边均不存在电阻，因而不存在电能损耗，但会存在电压损耗，可以用调压方式使电源端的电压适当调高，然后将超导限流器的直流电流短接，此时新型饱和铁芯超导限流器就可以既可作为超导限流器，又可作为电力系统谐波抑制器。
【权利要求】
1.一种新型饱和铁芯高温超导限流器包括两个铁芯，每个铁芯上有一个交流超导绕组和一个直流超导绕组，其中一个铁芯上的交流超导绕组和直流超导绕组绕向相同，另一个铁芯上的则相反。超导限流器包含两个回路，直流回路上依次接IGBT1并联直流恒流源Itl,电阻R1和两个直流超导绕组。交流回路依次接IGBT2并限流电阻Rtl,交流电源Us，电源开关S1,负载电阻&，电阻R2和两个交流超导绕组。
【文档编号】H02H9/02GK104201661SQ201410471137
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】张晚英, 佘旺, 胡雪峰, 刘东辉, 周辉, 申鸿哲, 赵硕, 梁杰, 刘卫, 刘伯鑫, 黄守道, 王耀南, 黎福海, 罗安 申请人:湖南大学