[发明专利]一种基于能量快速转移的混合式直流超导限流器

说明书

本发明公开了一种基于能量快速转移的混合式直流超导限流器，属于电工技术领域。其包括两个电感线圈、直流快速开关、旁路电阻、定值电阻以及金属氧化物避雷器，两个电感线圈并联，两个电感线圈由超导导线绕制、其匝数相同、结构一致、磁通正向耦合，直流快速开关与超导电感线圈整体串联以形成串联支路，旁路电阻并联在串联支路两端，定值电阻并联在快速开关两端，两个金属氧化物避雷器分别并联在两个电感线圈两端。本发明限流器能够在直流系统正常状态下为输电线路提供一个超导态的没有阻性损耗的平波电抗，还能在直流系统发生单极接地故障或者两级短路故障时，快速有效地抑制短路电流峰值，还能保护超导电感线圈安全稳定运行。

技术领域

本发明属于电工技术领域，更准确地，本发明涉及一种适用于电力系统短路保护的故障电流限制器。

背景技术

构建能源互联网，将来输电网络建设可选用的一种重要方式是电压源型高压直流输电(VSCHVDC)，直流短路故障电流的快速断开问题是VSC-HVDC电网亟待解决的关键技术问题之一。

目前，尽管高压直流断路器被认为是解决直流电网短路故障问题的有效办法之一，但是，随着电网的不断发展和输电容量的不断上升，使得短路电流的水平不断提高，当短路大电流超过高压直流断路器的遮断容量时，则断路器无法动作，故障无法切除，而继续发展更大容量的直流断路器又面临一系列难点与挑战，如灭弧困难、过压高、吸收故障能量大，同时直流断路器还存在结构复杂，损耗高，体积大等缺点，而目前的混合式直流断路器虽有应用前景，但尚处于研制阶段且研发成本高昂，因此，目前缺乏实用的高压直流保护设备，这成为制约高压直流输(配)电网络实际工程应用和发展的主要瓶颈。

故障电流限制器(Fault Current Limiter：FCL)的概念于上世纪70年代首先提出，其基本思想为：快速检测即将出现的短路电流峰值，并提前采取措施将其限定在较低水平，以满足已有断路器在不超过其切断能力的前提下切断短路故障。FCL是一种串联接在系统中的电气设备，在系统正常运行时它呈现出较低阻抗，在故障运行时转而呈现高阻抗以进行限流操作。

超导限流器的结构简单，体积小，损耗低的特点成功弥补了直流断路器的不足，降低了直流断路器的开断电流水平，减小短路电流的同时提高了断路器动作的可靠性。因此，直流故障限流器与高压直流断路器配合是解决直流短路故障的一种新方法。通过直流故障限流器可有效限制故障电流的峰值和降低其上升速率，实现高压直流断路器的轻型化。研究直流超导限流设备与断路器配合使用是解决高压直流输电保护问题的关键。从设备及措施角度来看，如果能够在系统中某些点建设一些专门用于限制系统故障电流的设备，可以从根本上解决系统短路电流水平超标问题，从而大大简化系统规划的难度。另外，若在规划与建设阶段即考虑用限流器降低系统短路电流，还可能降低建设造价和运行费用。

与普通的限流装备相比，超导限流器具有以下优点：(1)利用超导体自身的特性，超导限流器在短路故障发生时的响应速度快，能够在很短的时间内做出反应，从而几毫秒之内就可以完成对短路电流的限制，大大增加了电网的安全可靠性。(2)超导限流器在运行时呈超导状态，为系统带来的额外的功率损失很小，不会对电网造成多余的损耗。(3)超导限流器结构简单且容易实现，是一种静态的限流器，除却超导体之外只需少数的外部辅助装备即可实现。