桥路型高温超导故障限流器及其限流新方法研究

论文摘要

随着我国电力系统容量的逐年增加,电网短路容量不断增大,短路电流不断增长,为保证电力系统安全稳定运行,快速限制短路电流,超导故障限流器的电力应用得到了各国高度的重视,并已成为21世纪电网技术研究的前沿课题之一。为此本论文对桥路型高温超导故障限流器及其限流新方法进行了深入的研究。在第1章至第3章首先阐述了电力系统对超导限流器的迫切需求,分析了国内外超导限流器的发展现状和研究意义。详细分析了超导基本理论,包括超导体的基本物理性质及传统超导体的微观机制、高温超导特性和强电应用。研究了各种类型超导故障限流器的限流原理,分析了它们各自的特点,形成了较为完整的超导限流器理论构架。根据超导故障限流器限流期间超导线圈是否失超,分为不失超型和失超型限流器。不失超型的桥路型超导限流器不存在超导线圈失超的问题,而且稳态期间流经超导线圈的电流是直流,没有交流损耗。本文选择桥路型高温超导故障限流器作为研究对象。论文在第4章对基本单相桥路型超导故障限流器的限流原理进行了分析,利用数字仿真软件比较了系统中安装超导限流器前后短路故障电流的大小,验证了超导限流器的限流作用,并分析了超导限流器参数发生不同变化时对限流器限流特性的影响。针对基本桥路型超导限流器中直流偏源难以设置的问题,文中提出了克服直流偏源难以设置的新电路——双桥混合式桥路型超导限流器及其限流新方法。论文对新型限流器进行了限流原理分析、仿真建模,分析了限流器的设计参数和参数变化对限流器限流特性的影响,为实验室样机研制及其工程化应用提供了理论依据。该种限流器采用一个桥式整流电源来替代普通直流偏源,具有良好的限流作用。通过对三相桥路型超导限流器工作特性的分析与仿真,表明不失超型超导限流器只能限制故障电流第一峰值,同时限制了故障电流的增长率,但不能限制其稳态值。限流器采用变压器耦合的连接方式,降低了对绝缘性能的要求。论文在第5章分析了无直流偏源的单相半控桥路型超导限流器的工作原理,仿真研究了因无直流偏源引起的负载效应问题,验证了该种限流器自动切断故障电流的作用。由于晶闸管性能指标的限制,它切断故障电流的容量有限。论文将等效直流偏源代替直流偏源的方法应用于单相半控桥路型超导限流器中,提出了新型半控桥路型超导限流器。该限流器解决了直流偏置的问题,同时起到断路器的作用;若在故障态时给超导线圈串入限流电阻,则可降低故障电流稳态值。论文在第6章采用自行绕制的高温超导线圈研制了单相双桥混合式桥路型超导限流器实验样机,并进行了样机限流作用的实验研究,实验表明该新型超导限流器具有良好的限流作用。将该新型超导限流器应用于工程实际中,设计了该种限流器的工程应用方案,分析了系统组成原理,阐述了系统各部分功能,提出了应用于10kV配电系统的新型限流器工程安装方案。所提出的新型限流器具有实际应用价值。论文针对设置直流偏源的技术难题展开了深入的理论和应用技术研究,并取得了创造性研究成果,为桥路型超导限流器在电力系统中的应用提供了新途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景及意义
• 1.1.1 我国电力系统的发展趋势
• 1.1.2 电力系统发展过程中对超导限流器的迫切要求
• 1.2 国内外发展趋势
• 1.3 论文研究目的
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 超导理论与高温超导体
• 2.1 超导基本理论
• 2.1.1 超导体的基本物理性质
• 2.1.2 传统超导体的唯象模型
• 2.1.3 传统超导体的微观机制
• 2.1.4 约瑟夫森隧道电流效应
• 2.1.5 两类超导体的基本特征
• 2.2 高温超导体的发展及应用
• 2.2.1 低温超导体与高温超导体
• 2.2.2 高温超导材料的发展
• 2.2.3 高温超导体的强电应用
• 2.3 本章小结
• 第3章 高温超导故障电流限制器工作原理
• 3.1 超导限流器的基本工作原理及分类
• 3.2 各种类型SFCL 的限流原理研究
• 3.2.1 饱和铁心型SFCL
• 3.2.2 桥路型SFCL
• 3.2.3 电阻型SFCL
• 3.2.4 变压器型SFCL
• 3.2.5 混合型SFCL
• 3.2.6 三相电抗器型SFCL
• 3.2.7 磁屏蔽型SFCL
• 3.2.8 磁通锁定型SFCL
• 3.3 SFCL 的技术参数
• 3.4 本章小结
• 第4章 桥路型高温超导故障电流限制器研究
• 4.1 基本单相桥路型SFCL 工作原理分析
• 4.1.1 设置直流偏源的单相桥路型SFCL 限流特性的仿真
• 4.1.2 单相桥路型SFCL 参数变化对其限流特性的影响
• 4.1.3 无直流偏源的单相桥路型SFCL
• 4.1.4 结论
• 4.2 新型双桥混合式桥路型SFCL
• 4.2.1 用作等效直流偏压的桥式整流电源
• 4.2.2 新型双桥混合式桥路型SFCL 限流作用与参数变化仿真分析
• 4.2.3 结论
• 4.3 三相基本桥路型SFCL 的工作原理及其仿真分析
• 4.3.1 三相基本桥路型SFCL 工作原理研究
• 4.3.2 三相基本桥路型SFCL 限流原理仿真研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 半控桥路型高温超导限流器研究
• 5.1 半控桥路型SFCL 限流特性研究
• 5.1.1 无直流偏源的单相半控桥路型SFCL
• 5.1.2 设置直流偏源的单相半控桥路型SFCL
• 5.2 新型单相半控桥路型SFCL
• 5.2.1 新型单相半控桥路型SFCL 工作原理分析和模型建立
• 5.2.2 新型半控桥路型SFCL 工作特性仿真
• 5.2.3 结论
• 5.3 本章小结
• 第6章 单相双桥混合式桥路型高温超导限流器实验样机研制及应用
• 6.1 单相双桥混合式桥路型高温SFCL 样机研制与实验研究
• 6.1.1 新型限流器实验样机组成
• 6.1.2 高温超导线圈的绕制及其性能指标的计算与测试
• 6.1.3 新型限流器限流作用实验验证
• 6.2 单相双桥混合式桥路型高温超导限流器工程应用研究
• 6.2.1 低温技术应用研究
• 6.2.2 绝缘技术应用研究
• 6.2.3 SFCL 安装地点应用研究
• 6.2.4 新型桥路型SFCL 工程应用方案
• 6.2.5 新型桥路型SFCL 工程应用安装方案
• 6.3 本章小结
• 结论
• 1.主要工作和创新点
• 2.课题展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录