一种混合式直流超导限流器及短路电流限制方法技术

本发明专利技术公开了一种混合式直流超导限流器及短路电流限制方法，包括一个限流电感、一个定值电阻以及一个超导限流电阻；限流电感与超导限流电阻串联形成通流支路，定值电阻与通流支路相并联。本发明专利技术利用超导电阻的失超特性以及电感在直流系统中限制电流上升率的特点，使得限流器能够在故障后极短时间内便具有很高的限流阻抗。在系统正常运行时，限流器通态损耗极低，对系统特性影响较小。在短路故障时，限流器具有毫秒级的响应速度，限流阻抗迅速上升，抑制短路电流上升速度，降低短路电流峰值。解决了现有技术中使用超导故障限流器来限制短路电流时，存在着响应速度慢、限流效果差的技术问题。

A Hybrid DC superconducting current limiter and its short circuit current limiting method

【技术实现步骤摘要】
一种混合式直流超导限流器及短路电流限制方法
本专利技术涉及电力保护
，尤其涉及一种混合式直流超导限流器及短路电流限制方法。
技术介绍
电压源型高压直流输电(VSC-HVDC)又称为柔性直流输电，具有功率调节灵活、无需直流滤波器、能向无源网络供电等优势，在分布式能源并网等方面具有广泛应用。目前，制约柔直技术发展的一个重要瓶颈是直流故障开断困难。直流电网是一个低惯量系统，阻尼远低于交流电网。当直流线路发生短路故障时，直流侧电容会沿短路故障点迅速放电。如果不施加任何保护措施，短路电流将在几个毫秒内上升至十几倍的额定电流，对换流阀等设备造成严重破坏。此外，若直流输电线路发生双极短路，直流侧电压会迅速跌落，换流阀无法正常工作导致整个直流电网的电压崩塌，扩大了短路故障传播的范围。为维持直流母线电压稳定、保护直流系统重要设备，需要在故障电流上升到最大值之前完成故障线路的切断。然而，目前的直流断路器仍处于研发阶段，开断能力有限、体积大、成本昂贵，不能很好地满足柔直电网故障保护的需求。针对直流短路电流幅值大、上升快的问题，最为直接有效的方式是加装直流故障限流器。通过故障限流器抑制故障电流的大小和上升速度，就可有效降低直流电网故障对断路器开断容量的要求，提高断路器的速动性和可靠性。理想的限流器应在系统正常时应不显示任何阻抗，而在短路故障发生后极短的时间内迅速切换成高阻抗，限制短路电流并且稳定直流电压。超导故障限流器是一种可广泛应用于电力系统短路故障保护的限流装置。得益于超导材料的零电阻特性，超导限流器在正常通流时几乎没有通态损耗，这是其他类型限流装置不可比拟的优势。按照限流阻抗的不同，超导限流器主要分为电阻型、电感型、混合型。电阻型超导限流器是直接以超导材料零电阻特性和失超特性为原理的限流器。正常通流状态下，限流单元处于超导零电阻状态，以实现降低限流器通态损耗的目的。故障限流状态下，短路电流大于超导材料临界电流，限流单元呈现出一个逐渐增加的失超电阻，以达到限流的目的。电感型限流器包括饱和铁心型、磁屏蔽型、桥路型、变压器型等多种结构，其基本原理都是基于超导材料的零电阻特性和完全抗磁性，在故障发生时可视为一个具有一定限流阻抗的可控电抗器。电阻型限流器虽然可以有效限制短路电流，但是超导材料失超过程需要一定时间，响应速度较慢。而且由于超导材料的不均匀性，难以保证所有限流单元同时失超，使得实际失超电阻可能小于设计的限流电阻。若想取得较好的限流效果只能够使用更多的超导带材，降低了装置整体的经济性。电感型限流器虽然在短路电流开始上升时就可以立即限流，但是在系统正常运行时也串入了一个感性分量，会降低系统的动态响应速度。另外在模块化多电平MMC-HVDC系统中，桥臂电感和平波电抗也会起到一定的限流效果，与电感型限流器作用重复，导致实际限流比率要小于设计值。综上所述，现有技术中使用超导故障限流器来限制短路电流时，存在着响应速度慢、限流效果差的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种混合式直流超导限流器及短路电流限制方法，用于解决现有技术中使用超导故障限流器来限制短路电流时，存在着响应速度慢、限流效果差的技术问题。本专利技术提供的一种混合式直流超导限流器，包括一个限流电感、一个定值电阻以及一个超导限流电阻；限流电感与超导限流电阻串联形成通流支路，定值电阻与通流支路相并联。优选的，超导限流电阻包括多个无感线圈，多个无感线圈相互串联组成超导限流电阻。优选的，每个无感线圈包括有两根高温超导带材，两根高温超导带材反向绕制形成一个无感线圈。优选的，每个无感线圈包括有两根常规铜导线，两根常规铜导线反向绕制形成一个无感线圈。优选的，混合式直流超导限流器还包括有降温模块，限流电感与超导限流电阻安装于降温模块内。优选的，降温模块的内部填充有冷却材料。优选的，降温模块的内部的冷却材料为液氮。一种短路电流限流方法，所述方法基于上述的一种混合式直流超导限流器，包括以下步骤：将混合式直流超导限流器安装在直流输电线路的换流阀出线端。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：本专利技术实施例利用超导电阻的失超特性以及电感在直流系统中限制电流上升率的特点，使得限流器能够在故障后极短时间内便具有很高的限流阻抗。在系统正常运行时，限流器通态损耗极低，对系统特性影响较小。在短路故障时，限流器具有毫秒级的响应速度，限流阻抗迅速上升，抑制短路电流上升速度，降低短路电流峰值。解决了现有技术中使用超导故障限流器来限制短路电流时，存在着响应速度慢、限流效果差的技术问题。本专利技术实施例还具有以下另一个优点：本专利技术实施例中限流器能够有效降低直流系统的短路电流，从而保护换流阀和其他直流设备、提高直流断路器的开断能量、提高多端柔直系统供电可靠性，扩大柔性直流输电技术的应用范围。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1提供的一种混合式直流超导限流器及短路电流限制方法的混合式直流超导限流器拓扑结构图。图2为本专利技术实施例2提供的一种混合式直流超导限流器及短路电流限制方法的混合式直流超导限流器拓扑结构图。图3为本专利技术实施例2提供的一种混合式直流超导限流器及短路电流限制方法的直流输电系统结构图。图4为本专利技术实施例2提供的一种混合式直流超导限流器及短路电流限制方法的直流系统发生双极短路时，是否安装该混合式直流超导限流器时的双极短路电流波形对比图。图5为本专利技术实施例2提供的一种混合式直流超导限流器及短路电流限制方法的直流系统发生双极短路时，是否安装该混合式直流超导限流器时的换流阀直流侧电压波形对比图。图6为本专利技术实施例2提供的一种混合式直流超导限流器及短路电流限制方法的混合式直流超导限流器在双极短路下的限流阻抗变化过程示意图。图7为本专利技术实施例2提供的一种混合式直流超导限流器及短路电流限制方法的混合式直流超导限流器在双极短路下，各支路的分流状态图。图8为本专利技术实施例2提供的一种混合式直流超导限流器及短路电流限制方法的混合式直流超导限流器在双极短路下与纯电阻型限流器、纯电感型限流器的限流效果对比图。图9为本专利技术实施例2提供的一种混合式直流超导限流器及短路电流限制方法的混合式直流超导限流器在双极短路下与纯电阻型、纯电感型限流器的限流阻抗对比图。具体实施方式本专利技术实施例提供了一种混合式直流超导限流器及短路电流限制方法，用于解决现有技术中使用超导故障限流器来限制短路电流时，存在着响应速度慢、限流效果差的技术问题。为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合式直流超导限流器，其特征在于，包括一个限流电感、一个定值电阻以及一个超导限流电阻；/n限流电感与超导限流电阻串联形成通流支路，定值电阻与通流支路相并联。/n

【技术特征摘要】
1.一种混合式直流超导限流器，其特征在于，包括一个限流电感、一个定值电阻以及一个超导限流电阻；
限流电感与超导限流电阻串联形成通流支路，定值电阻与通流支路相并联。


2.根据权利要求1所述的一种混合式直流超导限流器，其特征在于，超导限流电阻包括多个无感线圈，多个无感线圈相互串联组成超导限流电阻。


3.根据权利要求2所述的一种混合式直流超导限流器，其特征在于，每个无感线圈包括有两根高温超导带材，两根高温超导带材反向绕制形成一个无感线圈。


4.根据权利要求2所述的一种混合式直流超导限流器，其特征在于，每个无感线圈包括有两根常规铜导线，两根常规铜导线反向绕制形成一个无感线圈。


5.根据权利要求3所述的一种混合式直流超导限流器，其特...

【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