一种低温桥路型超导故障限流器的制作方法

xiaoxiao2020-08-01  1

专利名称:一种低温桥路型超导故障限流器的制作方法
技术领域
本发明涉及一种用于输配电网的超导故障限流器,特别涉及低温桥路型超导故障限流器。
背景技术
由于电力系统的发展,负荷的增大,大容量机组和电厂及变电设备的投入,尤其是负荷中心大电厂的出现以及大电力系统的互联,使得输配电网容量大为增加,同时也使短路电流水平日益增高,甚至于短路电流水平已经超过了目前的断路器的开断容量。如果不采取措施加以控制,不但使新变电所的设备投资大大增加而且对系统中原有变电所设备将产生很大的影响,甚至需要花费大量的投资进行改造、改建和改换。
现有技术主要采取以下方法限制电力系统输配电网中的短路电流1、发展高一级电网,低压电网分片或将母线分列、分段运行,甚至将电网解列,以及采用直流联网,这些措施不仅投资很大,而且设计到电网的稳定性等复杂问题,除非不得已才采用。
2、采用高阻抗变压器或者串联电抗器。在输配电系统中采用此措施,不但会增加网损,还会降低系统的稳定性。
3、更换断路器,对现有的变电所进行增容改造。但代价太大,而且现有的断路器容量可能无法满足要求。
目前,也有研究采用新的电路来解决故障限流问题的,如图1所示的专利美国专利50014一种限流器,主要用于普通的电压源供电回路中。它接在交流电压源Vs输出端与负载A之间,由二极管D1~D4构成的整流桥及其接于整流桥直流侧的超导线圈L与偏压源Vb串联组成。正常运行时,偏压源提供给超导线圈的直流电流大于负载电流的峰值,超导线圈和偏压源串联后通过D1、D3回路,D2、D4回路供电,对系统无影响。一旦负载短路,当故障电流大于偏压源的电流值时,超导线圈串入系统主线路进行限流,在正半周D1、D4导通,负半周D2、D3导通。由于偏压源的结构复杂,不易实现,增加了这种限流器的实现难度,如果要提高电压电流等级,需要在每个桥臂上串联二极管并增加偏压源的容量,这种器件的串并联增加了系统的损耗和限流效果。

发明内容
为克服已有技术的不足,本发明提供一种用于输配电网的低温桥路型超导限流器,它结构简单,系统正常运行时对系统无影响,系统故障后能立刻投入,可限制短路电流峰值及稳态值,从而减小了故障电流对系统的冲击,并且确保原有的断路器就能可靠地切断故障电流。
本发明由以低温下的MOSFET为电力电子器件的整流桥以及其直流侧连接的超导线圈组成,构成一种新型的低温超导限流器。由四个MOSFET组成整流桥,其直流侧连接超导线圈,交流侧串联于线路,安装于电网系统线路出口处。本发明限制的故障电流可由原有的断路器可靠地断开。
本发明的特点在于超导电感和低温整流器桥在同一个低温运行环境下集成,其中低温整流器桥主要由运行在低温下的MOSFET组成。利用MOSFET在低温下通态损耗大大降低的特性,采用同步整流技术控制,可以实现磁体的充电并且闭环维持。用于超导限流器时,除了体积减小等优点外,最大的优势是由于MOSFET整流桥的损耗非常小,对系统的影响可以忽略,因此省去了通常的超导限流器需要的偏压电源;而且MOSFET并联的二极管在低温下压降上升,从而磁体失超时的二极管保护性能也得以提高。


图1为现有技术的美国专利50014的原理图。D1、D2、D3、D4二极管整流桥,HTS-L超导线圈,VDC直流偏置电源,VS交流电源,A负载。
图2是本发明在单相系统中的原理图,T1、T2、T3、T4为低温MOSFET,D1、D2、D3、D4MOSFET寄生二极管,L超导线圈,AC交流电源,R1线路电阻,XL线路电抗,DL断路器,ZLoad负载。
图3是本发明在单相系统中的应用实例,AC交流电源,RL线路电阻,XL线路电抗,DL断路器,ZLoad负载,FCL低温桥路型超导故障限流器。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述本发明低温桥路型超导故障限流器如图2中虚线框所示。如图2所示,本发明连接于AC电力系统线路出口母线处,四个低温下的MOSFET T1、T2、T3、T4组成整流桥,T1、T3组成一个桥臂,T2、T4组成另一个桥臂,其直流侧连接超导线圈L,交流侧串联于交流线路中。构成低温部分的功率场效应晶体管(Power MOSFET),特别是其高压器件,置于液氮温区(77K),其通态电阻可以降到室温下的1/10~1/30,而且频率可以大大提高。从而大大降低了这种限流器的通态损耗和开关损耗。省去了通常的超导限流器需要的偏压电源;MOSFET在低温下运行,电流工作区也有了很大的提高,稳态工作电流提高3-5倍,瞬时工作电流提高十几倍;MOSFET在低温下运行,可以省掉散热片,与超导线圈L集成在一起,体积小,效率高;而且MOSFET并联的二极管在低温下压降上升,从而磁体失超时的二极管保护性能也得以提高。
系统正常运行时,流过超导线圈的直流电流IL大于线路电流ILine,超导线圈通过MOSFET T1、T3及T2、T4回路充电,此时加入的低温桥路型超导故障限流器对系统无影响。在系统发生短路故障时,若故障电流正半波流过故障限流器,当故障电流的瞬时值大于等于流过超导线圈L的直流时,则四个MOSFET关断,故障电流通过D1、L、D4,此时超导线圈L与两个二极管D1、D4同时串入系统进行故障限流;若故障电流负半波流过故障限流器,当故障电流的瞬时值大于等于流过超导线圈L的直流时,则四个MOSFET关断,故障电流通过D2、L、D3,此时超导线圈L与两个二极管D2、D3同时串入系统进行故障限流。二极管D1、D2、D3、D4在低温下压降上升,因此更加强了限流效果。
图3中虚线框中所示为本发明的一个实施例。本发明安装于AC电力系统线路出口母线处,与负载馈线相串联,其中AC交流电源,RL线路电阻,XL线路电抗,DL断路器,ZLoad负载,FCL低温桥路型超导故障限流器。低温下的MOSFET组成的整流桥与超导线圈L集成在一个低温容器下,只有两条电流引线引出,便于实现系统级的串并联,若有n条FCL并联,有利于将故障电流分流,使每个串联支路上的电流值为故障电流的1/n,若有k个FCL串联,则增大了FCL的耐压等级,使其增大为单个FCL的k倍,多个FCL串并联的结构设计,提高了低温桥路型超导故障限流器的电压等级和限流能力。
本发明利用了低温环境下MOSFET的损耗小,电流工作区大的优良特性,省去了偏压源和散热片的结构设计,使电力电子器件与超导线圈L集成在一个低温环境下,减小体积,降低损耗,提高效率。系统正常时流过超导线圈L的是一直流,对系统运行几乎无影响;系统故障后,即当故障电流大于流过超导线圈L的直流电流时,限流电路串入超导线圈L和两个MOSFET寄生二极管,并且利用二极管在低温环境下压降上升的特点,可靠的限制故障电流的峰值和稳态值,既大大减轻了故障电流对系统的冲击,又使得现有断路器可安全的切断故障电流。低温集成的结构设计使限流系统串并联更为容易,提高了限流器应用电网的电压等级及限流能力。本发明用于输配电网,不仅解决了系统故障电流过大问题,而且还大大降低了系统中各元器件耐流量的要求,降低了系统的设计要求,若用于高压或超高压输电网还可以极大的提高系统的稳定性。
权利要求
1.一种低温桥路型超导故障限流器,其特征在于它连接于AC电力系统线路出口母线处,由四个MOSFETT1、T2、T3、T4组成整流桥,MOSFET[T1、T3]组成一个桥臂,[T2、T4]组成另一个桥臂;其直流侧联接超导线圈[L],交流侧串联于交流线路中;构成低温部分的功率场效应晶体管(Power MOSFET),特别是其高压器件置于液氮温区;两根整流桥交流侧的电流引线引出与系统相连。
2.按照权利要求1所述的低温桥路型超导故障限流器,其特征在于可以有n条低温桥路型超导故障限流器并联或有k个低温桥路型超导故障限流器串联。
全文摘要
一种用于输配电网的低温桥路型超导故障限流器,安装于系统线路出口处与断路器DL相串联,由四个MOSFET[T
文档编号H02H9/02GK1874102SQ20051001183
公开日2006年12月6日 申请日期2005年6月1日 优先权日2005年6月1日
发明者赵彩宏, 黄晓华, 肖立业, 林良真, 余运佳 申请人:中国科学院电工研究所

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