[發明專利]一種超導限流電抗器PSCAD模型

無效

• 申請號: 201310282812.5
• 申請日: 2013-07-06
• 公開（公告）號: CN103324808A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 宋萌;曹昆南;胡南南;王達達;束洪春;董俊;曹璞璘;彭俊臻;王斐宏;宋喆;王明錦;徐鵬;杜蛟
• 申請（專利權）人: 云南電力試驗研究院(集團)有限公司電力研究院;云南電網公司技術分公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F9/455
• 代理公司: 昆明大百科專利事務所 53106
• 代理人: 何健

技術領域

本發明屬于超導技術應用領域中超導限流電抗器裝置，特別涉及一種基于SPWM控制直流斬控電路的飽和鐵芯型超導限流電抗器PSCAD模型，是可控高溫超導繞組和umec的建模仿真。這樣可以在PSCAD中精確仿真出超導限流電抗器的工作特性特性，有助于我們研究超導限流電抗器的工作原理和其對電力系統機電保護的影響。

背景技術

目前，電網規模日益擴大，互聯程度日益增強，短路電流也隨之增大，現有繼電保護措施面臨瓶頸，常規限流器影響電能質量，超導限流器向現實生產力的轉化顯得非常迫切。

超導限流器作為一種有效的短路電流限制裝置，在電網正常運行時工作在超導狀態，而在發生短路故障時，能夠迅速將短路電流限制到可接受的水平，從而避免電網中大的短路電流對電網和電氣設備的安全穩定運行構成重大危害，可以大大提高電網的穩定性，改善供電的可靠性和安全性。

但由于超導限流電抗器會對電網運行參數和繼電保護裝置的整定產生影響，因而高壓、超高壓和特高壓電壓等級的超導限流電抗器還停留在理論研究階段。所以有必要在PSCAD中搭建超導限流電抗器的準確模型，從而幫助我們研究超導限流電抗器對短路電流的限制效果和超導電抗器對繼電保護的影響。

當前超導限流電抗器模型存在運算速度慢、結構復雜和準確度低等缺點。

發明內容

本發明正是為了克服上述現有技術存在的不足之處而提供一種建立的模型準確度高，仿真速度快、檢測功能強大并且具有實時直觀、相比仿真軟件ANSYS，模型更簡單，運算速度更快的一種基于SPWM控制直流斬控電路的飽和鐵芯型超導限流電抗器PSCAD模型。

本發明的目的是通過如下技術方案來實現的。

一種超導限流電抗器PSCAD模型，本發明特征在于，由三繞組變壓器模型umec、電感、電阻A、IGBT-2、電阻B、直流電流源依序連接構成；其中，電阻A并聯連接有IGBT-1，IGBT-2并聯連接有電容；三繞組變壓器模型umec由兩個并列的鐵芯和直流勵磁系統組成；兩個交流線圈式串聯繞在兩個鐵芯上，串聯后的交流繞組串接接入輸電系統中；直流磁化超導繞組繞在兩個鐵芯中柱上。本發明所述的鐵心用三繞組變壓器模型umec來模擬。

本發明在正常運行時直流電流源使umec處于深度飽和狀態，模擬超導限流電抗器的穩態工作狀態。當線路短路運行時，直流電流源停止對umec供電，使其電感升高，從而起到限流作用。

本發明是模擬飽和鐵芯型超導限流器的工作原理，飽和鐵芯型超導限流器的結構圖如圖1所示。飽和鐵芯型超導限流器利用鐵芯的飽和特性來達到限流的效果，它由兩個并列的鐵芯和直流勵磁系統組成。兩個交流線圈以一定形式串聯繞在兩個鐵芯上，串聯后的交流繞組串接接入輸電系統中；直流磁化超導繞組繞在兩個鐵芯中柱上。由電磁理論可知，串聯的交流繞組產生的磁場在中柱，即直流繞組纏繞的鐵芯柱處相互抵消；直流超導繞組則會產生一個很強的直流磁場，使鐵芯處于深度飽和狀態。

當其在穩態正常工作時，直流勵磁繞組起主要作用，使鐵芯處于深度飽和狀態，通過交流線圈的額定交流電流所產生的交流磁場不足以使鐵芯脫離飽和區，使得鐵芯內的磁通量幾乎不變，鐵芯磁導率較低。根據電磁感應定律，磁通量的不變意味交流繞組的感應電動勢為零，即限流器兩端電壓為零，或者可以表示為交流線圈的電感值較小，此時限流器對系統幾乎無影響。當故障發生時，在瞬間增大的短路電流沖擊下，交流繞組產生的磁通勢增加至超過超導繞組的磁通勢，使其中一個鐵芯退磁，鐵芯脫離飽和區，另一個鐵芯飽和磁場加強。由于限流器的電感瞬間增大，使交流繞組兩端具有較大的電壓降，從而限制系統的電流。

本發明采用變壓器的統一磁路（UMEC）模型模擬飽和鐵芯限流器主要基于鐵芯的幾何特征。考慮了不同相之間以及同相不同繞組之間的磁耦合。用戶可以選擇直接采用I-V曲線模擬鐵芯飽和特性，鐵芯的一些元件（即鐵芯類型、束扼和繞組臂的幾何尺寸等等）數據也需要輸入。

（1）SCFCL電磁模型：

圖2中3個繞組的電壓電流之間的關系如下方程所示：