基于Simdroid實現(xiàn)超導限流器阻抗計算

隨著我國現(xiàn)代化工業(yè)和電力系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)裝機容量不斷提升，電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)模和程度不斷加強，電網(wǎng)短路電流水平急劇上升。有效抑制電網(wǎng)短路電流，對于保護電網(wǎng)設備、保障電網(wǎng)穩(wěn)定運行具有重要意義。超導限流器是在輸（配）電網(wǎng)發(fā)生短路故障時能夠將電網(wǎng)短路電流限制在設定的安全幅值之下的電力設備，主要是利用超導體的超導態(tài)、正常態(tài)轉變的物理特性，實現(xiàn)對短路電流的抑制，提高電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。超導限流器具有兩個基本特征：一是在電網(wǎng)正常運行時呈現(xiàn)出很低的阻抗，不會對輸電質量和輸電損耗產(chǎn)生顯著的不利影響；二是在電網(wǎng)發(fā)生短路故障時呈現(xiàn)較高的暫態(tài)阻抗，從而達到抑制短路電流幅值的作用。單相飽和鐵心型超導限流器原理示意圖限流器研制廠家往往通過實驗的方式進行限流阻抗測試，成本較高；而采用仿真的方式能夠顯著節(jié)約成本、縮短研發(fā)周期，并可靈活改變限流器模型參數(shù)、激勵參數(shù)，快速優(yōu)化設計方案。

本次仿真計算的某型號超導限流器模型主要包括鐵心、直流繞組和交流繞組。其中，鐵心采用非線性材料，相應的BH曲線如圖所示。由于限流器模型具備對稱性，所以采用1/2模型進行超導限流器穩(wěn)態(tài)和限流態(tài)仿真計算，可以極大降低仿真計算的工作量。

鐵心BH曲線1穩(wěn)態(tài)阻抗計算Calculationofsteady-state穩(wěn)態(tài)阻抗是限流器帶直流正常運行時表現(xiàn)出來的阻抗。此時，交流電流為額定電流附近，直流勵磁使鐵心充分飽和，限流器表現(xiàn)為低阻抗狀態(tài)。首先，給出了限流器在穩(wěn)態(tài)時交流繞組的電流波形和電壓波形，并與主流商業(yè)軟件計算結果對比，兩者變化趨勢一致，吻合度較高，而且在0.1s時電流波形已基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。電流波形對比圖

電壓波形對比圖

同時，給出了限流器鐵心在電流波形穩(wěn)定后、0.14s時刻的磁感應強度云圖和矢量圖，鐵心處于深度飽和狀態(tài)。阻抗計算以電壓和電流有效值的比值來表征，即

其中，Vm、Im是限流器兩端電壓、電流有效值。穩(wěn)態(tài)阻抗的計算結果與商軟誤差在1%以內(nèi)。穩(wěn)態(tài)阻抗較小，對整個輸配電系統(tǒng)影響很小。阻抗(ohm)Simdroid主流商軟2.082.062限流態(tài)阻抗計算Calculationofcurrentlimitationstate超導限流器在限流態(tài)時，直流繞組不工作，交流繞組和鐵心構成限流電抗器。限流阻抗的大小是限流器限流態(tài)關鍵設計參數(shù)。限流阻抗的精確計算直接影響限流器尺寸、重量等因素的可行性。首先，給出了限流器在限流態(tài)時交流繞組的電流波形和電壓波形，并與主流商業(yè)軟件計算結果對比，兩者變化趨勢一致，吻合度較高，而且在0.1s時電流波形已基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。電流波形對比圖

電壓波形對比圖同時，給出了鐵心在電流波形穩(wěn)定后、0.14s時刻的磁感應強度云圖和矢量圖，在兩個邊柱上磁感應強度較大，在中柱上磁感應強度較小。阻抗計算以電壓和電流有效值的比值來表征，計算結果與商軟誤差在5%以內(nèi)。阻抗(ohm)Simdroid主流商軟12.3512.90

基于該模型可開展不同激勵條件下限流器的阻抗計算，