新型飽和鐵芯高溫超導限流器并可作為諧波抑制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型飽和鐵芯高溫超導限流器并可作為諧波抑制器，包括兩個鐵芯，每個鐵芯上有一個交流超導繞組和一個直流超導繞組，其中一個鐵芯上的交流超導繞組和直流超導繞組繞向相同，另一個鐵芯上的則相反。超導限流器包含兩個回路，直流回路上依次接SSTS1并直流恒流源I0，電阻R1和兩個直流超導繞組。交流回路依次接SSTS2并限流電阻R0，交流電源US，電源開關S1，負載電阻RL，電阻R2和兩個交流超導繞組。本新型飽和鐵芯型高溫超導限流器在電網(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，而且在實驗中發(fā)現(xiàn)飽和鐵芯型高溫超導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。
【專利說明】
新型飽和鐵芯高溫超導限流器并可作為諧波抑制器

【技術(shù)領域】
[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故障限流器并可作為電力系統(tǒng)諧波抑制器。

【背景技術(shù)】
[0002]電網(wǎng)正在向超大規(guī)模發(fā)展，互聯(lián)程度不斷提高，短路容量和短路電流也不斷增大，現(xiàn)有斷路器的切斷容量有限，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，較理想的是超導限流器。
[0003]基本飽和鐵芯型高溫超導限流器結(jié)構(gòu)圖如圖1，其直流超導線圈產(chǎn)生很強的直流磁場，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)中處于低感抗狀態(tài)。當出現(xiàn)短路故障時，大電流產(chǎn)生的磁通勢達到超導線圈產(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，但超導體并不失超，因此，不存在失超恢復的問題，有利于實現(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故障限流器。而且在實驗中發(fā)現(xiàn)飽和鐵芯型高溫超導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繞組和一個直流超導繞組，其中一個鐵芯上的交流超導繞組和直流超導繞組繞向相同，另一個鐵芯上的則相反，兩個交流超導繞組串接在輸電線路中，直流超導繞組用于產(chǎn)生一個很強的直流磁場，使鐵芯深度飽和。超導限流器包含兩個回路，直流回路上依次接SSTS1并直流恒流源Itl,電阻R1和兩個直流超導繞組。交流回路依次接SSTS2并限流電阻Rtl,交流電源Us,電源開關S1，負載電阻&，電阻R2和兩個交流超導繞組。
[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SSTS快速短接直流電流源提高限流能力，引入阻抗不等于0，使限流器的限流器的限流能力增加，而且使之對高次諧波的抑制作用也相應增加。3)在交流回路串入限流電阻R0,進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，而不是消耗在超導電感上，從而大大降低了低溫系統(tǒng)的功率級別和運行費用。5)飽和鐵芯型高溫超導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的關系。
[0012]圖5正常情況下線路電流波形及其諧波分析。
[0013]圖6飽和鐵芯限流器的原邊等效圖。

【具體實施方式】
[0014]參見圖2，圖2為本發(fā)明的原理圖。本發(fā)明中超導限流器包含兩個回路，直流回路上依次接SSTS1并直流恒流源Itl,電阻R1和兩個直流超導繞組。交流回路依次接SSTS2并限流電阻Rtl,交流電源Us，電源開關S1,負載電阻&，電阻R2和兩個交流超導繞組。SSTS1和SSTS2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R0,用于故障限流。
[0015]新型飽和鐵芯高溫超導故障限流器的工作原理:在正常工作情況，固態(tài)開關SSTS1處于斷開狀態(tài)，固態(tài)開關SSTS2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)的磁感應強度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電動勢為零，新型飽和鐵芯高溫超導限流器的原副邊繞組均為超導繞組，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)生的磁通量達到或超過直流超導線圈產(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半周分別限制短路電流。SSTS1檢測到突然增大的交流短路電流后，在μ S級時間后短接直流電流源，提高其限流能力(此發(fā)明采用短接直流電流源，引入阻抗不等于0，使限流器的限流器的限流能力增加，而且使之對高次諧波的抑制作用也相應增加。與斷開副邊直流電流比較可見，當斷開直流電流回路，則Z22為無窮大，則引入阻抗為0，只有超導繞組的電感進行限流，限流能力增加比較小，對高次諧波的抑制作用也比較小)。SSTS2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，但超導體并不失超，因此，不存在失超恢復的問題，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限流器的結(jié)構(gòu)相當于一個空心變壓器，可以得到其原邊等效電路如圖6所示。副邊回路自阻抗Z22計算表達式:Z22 = R+j OL2，其中R2為超導繞組的電阻，因超導繞組不失超，其電阻為0，L2為超導繞組的電感。原邊回路自阻抗Z11計算表達式J11 = R^joL1, L1為一次超導繞組的電感，R1為一次超導繞組的電阻，其電阻為O，&為負載電阻，一次回路的阻抗的計算式為=Z1 = Ζη+(ωΜ)2/Ζ22。可見飽和鐵芯型超導限流器相當于一個電感，因而對電力系統(tǒng)的諧波有抑制作用，當直流電流增加使鐵芯飽和，電感趨近于O，對電力系統(tǒng)的諧波的抑制作用減少；引入阻抗與頻率的平方成正比，因而頻率越高，引入阻抗越大，所以新型飽和鐵芯高溫超導限流器對高頻故障電流有很好的抑制作用。因新型飽和鐵芯超導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，如果電力系統(tǒng)高次諧波含量較大時，可以用調(diào)壓方式使電源端的電壓適當調(diào)高，然后將超導限流器的直流電流源閉合，此時新型飽和鐵芯超導限流器就可以既作為超導限流器，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限流器并可作為諧波抑制器，包括兩個鐵芯，每個鐵芯上有一個交流超導繞組和一個直流超導繞組，其中一個鐵芯上的交流超導繞組和直流超導繞組繞向相同，另一個鐵芯上的則相反。超導限流器包含兩個回路，直流回路上依次接SSTSi并直流恒流源‘電阻&和兩個直流超導繞組。交流回路依次接SSTS2并限流電阻Ro，交流電源Us，電源開關Si，負載電阻&，電阻R2和兩個交流超導繞組。
【文檔編號】H02H9/02GK104253424SQ201410559760
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】張晚英, 劉東輝, 胡雪峰, 佘旺, 申鴻哲, 周輝, 黃守道, 王耀南, 黎福海, 羅安, 李欣然, 江亞群 申請人:湖南大學