超导故障限流器（SFCL）在电力系统中的应用与仿真研究

随着电力系统容量的逐年增加,电气连接日益紧密,电网短路电流水平也随之增大,可能超过断路器的额定开断容量,使得开关不能正常动作。传统的限制短路电流的方法是加装限流电抗器,但是在系统正常运行时有电压降和能耗。若将超导故障限流器(SFCL)接入线路,当系统正常运行时,处于超导态,损耗小,对电力系统运行无影响;一旦电网发生故障,SFCL瞬时产生一个高阻抗串入线路,从而有效地限制故障电流。 本文给出了超导故障限流器主要运行参数的定义、设定方法及主要运行参数间的关系。详细地阐述了各类型超导故障限流器的分类、结构及其工作原理,尤其是详细地研究了桥式超导故障限流器的工作原理,仿真分析了其在正常与故障情况下二极管、超导线圈及线路电流波形,建立了二极管桥路超导故障限流器的数学模型,并通过仿真验证了该模型的正确性;分析了半控桥超导故障限流器的工作原理,通过对上述过程的暂态分析,得出了在该装置中不加直流偏压源的合理性,这有利于推动超导故障限流器在实际中的应用。 为了使故障电流得到有效地抑制,给出了以故障电流缩减率为自变量的桥式SFCL超导限流电感L的表达式,给出了桥式SFCL超导线圈的优化设计方法;根据天津大无缝配电网的参数及项目的要求,对超导线圈的电感值进行了合理的整定与计算,并设计仿真试验进一步证明了计算的正确性,研究表明超导故障限流器在配电网中不仅能有效地限制短路故障电流,抑制母线电压跌落,而且不用更换现有的开关设备,具有较大的经济效益。