一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法及设备，包括：通过过电流冲击实验，获取限流器的失超电阻曲线以及第一失超电阻的阻值，同时计算第一液氮散热功率；以短路电流幅值为输入，计算焦耳热功率记忆总热量Q；计算失超电阻的阻值以及限流器的工作温度T并将两者作为输出；计算第二液氮散热功率，将第二液氮散热功率的值赋予第一液氮散热功率，将失超电阻的阻值赋予第一失超电阻的阻值，进行下一个计算步长的迭代计算。本发明专利技术以限流器样机的过电流实验数据为依据，采用失超电阻特性对限流器的复杂结构进行简化替代，有效降低高压容量电阻型超导限流器的试验难度，并满足工程应用的准确度要求；大大降低了实验平台的搭建难度。

A simulation modeling method and equipment for high voltage and large capacity resistance type superconducting current limiter

【技术实现步骤摘要】
一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法及设备
本专利技术涉及电力
，尤其涉及一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法及设备。
技术介绍
目前，随着用电负荷的增多以及大电网间的互联，电力系统的短路电流的幅值不断上升。在最严重短路故障下，短路电流幅值已超过现有断路器的最大开断能力。而超导限流器是一种新型故障限流装置，在短路故障发生时能够有效降低短路电流，与断路器配合切断故障，提高电力系统的安全可靠性。电阻型超导限流器利用了超导材料的失超特性，在系统正常运行时，限流器处于零电阻的超导态，通态损耗几乎为零；在短路故障发生时，限流器在过电流的作用下迅速失超，对外呈现一个较大的失超电阻，限制短路电流上升速度和短路电流幅值。电阻型超导限流器具有原理简单、结构紧凑的优点，是目前应用最多的超导限流器类型。德国的Ampacity项目在2011年至2013年完成了10kV/2.3kA电阻型超导限流器的并网试验；意大利分别在2015年和2016年完成了不同容量的电阻型超导限流器短路测试；在中国，上海交通大学于2014年设计了电阻型超导限流器样机，并进行了通流试验和短路试验；2018年，中国南方电网针对南澳多端柔直系统，研制了160kV/1kA的电阻型超导限流器样机，并即将开展并网实验。然而，对于高压大容量的电阻型超导限流器，其失超过程受到电流、温度等多个物理因素共同影响，因此对其失超电阻的精确描述仍然十分困难。另一方面，电力系统的可能的故障工况复杂多变，不同的短路电流幅值会影响限流器的失超程度。当短路电流很大时，限流器将很快失超，有可能因温度过高而导致超导带材烧毁；当短路电流较小时，液氮冷却的影响要大于限流器的失超发热，温度逐渐降低恢复超导态。若要以实验的方式对所有短路电流水平下的失超特性进行测试，则实验平台的难度与造价都将大大提高。综上所述，现有技术中以实验的方式对所有短路电流水平下的失超特性进行测试时，存在着实验平台搭建难度高的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法及设备，用于解决现有技术中以实验的方式对所有短路电流水平下的失超特性进行测试时，存在着实验平台搭建难度高的技术问题。本专利技术提供的一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法，包括以下步骤：步骤S1：通过过电流冲击实验，获取限流器的失超电阻曲线以及第一失超电阻的阻值，同时计算第一液氮散热功率；步骤S2：基于第一失超电阻的阻值，以短路电流幅值为输入，计算焦耳热功率；将焦耳热功率与第一液氮散热功率的差与仿真计算步长相乘，得到热量变化量ΔQ；步骤S3：基于热量变化量ΔQ得到总热量Q；步骤S4：在总热量Q的基础上计算失超电阻的阻值以及限流器的工作温度T，将失超电阻的阻值以及限流器的工作温度T作为输出；步骤S5：根据限流器的工作温度T计算第二液氮散热功率，将第二液氮散热功率的值赋予给步骤S2中的第一液氮散热功率，将失超电阻的阻值赋予给步骤S2中的第一失超电阻的阻值，进行下一个计算步长的迭代计算。优选的，步骤S1的具体过程如下：对限流器进行过电流冲击实验，测量限流器在过电流作用下的电压以及电流；将电压除以电流得到第一失超电阻的阻值，电压乘电流得到限流器产生的热量，第一失超电阻的阻值与热量之间的对应关系即为失超电阻曲线。优选的，若超导限流器为高压大容量超导限流器，则选取超导限流器中的一个限流线圈进行冲击实验，之后按比例进行换算得到完整的失超电阻曲线。优选的，在步骤S3中，将所有计算时长内的热量变化量ΔQ累加得到总热量Q。优选的，在步骤S4中，通过插值法在失超电阻曲线中寻找与总热量Q相对应的失超电阻的阻值R。优选的，在总热量Q为零时，失超电阻曲线上对应的失超电阻的阻值为非零值。优选的，在步骤S4中，将总热量Q除以限流器的质量m与比热容c的积得到温度变化量ΔT，将温度变化量ΔT与液氮参照温度Tref相加得到限流器的工作温度T。优选的，限流器的质量m与比热容c为限流器超导带材部分的比热容和质量。优选的，在步骤S5中，以插值法查询在工作温度T下对应的液氮换热系数h，换热系数h与液氮接触面S以及温度变化量ΔT相乘，得到第二液氮散热功率。一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模设备，所述设备包括处理器以及存储器；所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行上述的一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法。从以上技术方案可以看出，本专利技术实施例具有以下优点：本专利技术实施例提出的限流器建模方法，以限流器样机的过电流实验数据为依据，采用失超电阻特性对限流器的复杂结构进行简化替代，有效降低高压容量电阻型超导限流器的试验难度，并满足工程应用的准确度要求；对于容量较大的限流器样机，若过电流实验平台造价过高，可以选择其中的限流单元或超导线圈进行过电流冲击实验，获得其失超电阻曲线大。限流器整体的失超电阻曲线可由多个限流单元或线圈的曲线叠加获得，大大降低了实验平台的搭建难度。本专利技术实施例还具有以下另一个优点：本专利技术实施例适用于多种不同系统工况。在正常额定工作状态下，限流器电阻为零；系统短路电流较小时，限流器焦耳热与液氮散热可实现动态平衡，失超电阻稳定为一个较小值；当系统发生严重短路时故障时，限流器失超发热远大于液氮散热，失超电阻迅速增加；当短路故障被切除后，限流器停止发热，该模型可根据温度计算液氮散热功率，从而计算限流器冷却至超导态所需的恢复时间。本实施例可对限流器失超电阻与温度进行估算，满足工程应用所需要的精度，运算速度快，适用于对接入限流器后的系统特性进行分析。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法及设备的方法流程图。图2为本专利技术实施例提供的一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法及设备的失超电阻曲线示意图。图3为本专利技术实施例提供的一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法及设备的液氮换热系数曲线图。图4为本专利技术实施例提供的一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法及设备的一个柔性直流输电系统结构图。图5为本专利技术实施例提供的一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法及设备的发生单极对地短路时，短路电流波形以及失超电阻图。图6为本专利技术实施例提供的一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法及设备的系统发生单极对地短路时，温度变化波形图。图7为本专利技术实施例提供的一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法及设备的系统发生双极短路时，短路电流波形以及失超电阻示意图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1：通过过电流冲击实验，获取限流器的失超电阻曲线以及第一失超电阻的阻值，同时计算第一液氮散热功率；/n步骤S2：基于第一失超电阻的阻值，以短路电流幅值为输入，计算焦耳热功率；将焦耳热功率与第一液氮散热功率的差与仿真计算步长相乘，得到热量变化量△Q；/n步骤S3：基于热量变化量△Q得到总热量Q；/n步骤S4：在总热量Q的基础上计算失超电阻的阻值以及限流器的工作温度T，将失超电阻的阻值以及限流器的工作温度T作为输出；/n步骤S5：根据限流器的工作温度T计算第二液氮散热功率，将第二液氮散热功率的值赋予给步骤S2中的第一液氮散热功率，将失超电阻的阻值赋予给步骤S2中的第一失超电阻的阻值，进行下一个计算步长的迭代计算。/n

【技术特征摘要】
1.一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：通过过电流冲击实验，获取限流器的失超电阻曲线以及第一失超电阻的阻值，同时计算第一液氮散热功率；
步骤S2：基于第一失超电阻的阻值，以短路电流幅值为输入，计算焦耳热功率；将焦耳热功率与第一液氮散热功率的差与仿真计算步长相乘，得到热量变化量△Q；
步骤S3：基于热量变化量△Q得到总热量Q；
步骤S4：在总热量Q的基础上计算失超电阻的阻值以及限流器的工作温度T，将失超电阻的阻值以及限流器的工作温度T作为输出；
步骤S5：根据限流器的工作温度T计算第二液氮散热功率，将第二液氮散热功率的值赋予给步骤S2中的第一液氮散热功率，将失超电阻的阻值赋予给步骤S2中的第一失超电阻的阻值，进行下一个计算步长的迭代计算。


2.根据权利要求1所述的一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法，其特征在于，步骤S1的具体过程如下：
对限流器进行过电流冲击实验，测量限流器在过电流作用下的电压以及电流；
将电压除以电流得到第一失超电阻的阻值，电压乘电流得到限流器产生的热量，第一失超电阻的阻值与热量之间的对应关系即为失超电阻曲线。


3.根据权利要求2所述的一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法，其特征在于，若超导限流器为高压大容量超导限流器，则选取超导限流器中的一个限流线圈进行冲击实验，之后按比例进行换算得到完整的失超电阻曲线。


4.根据权利要求3所述的一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛超，肖磊石，骆潘钿，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44