变压器型双面YBCO超导薄膜限流器特性研究

摘要

为了满足人们对于电力的需求,电网规模不断扩大,与之而来的则是更加难以解决的电网故障问题,其中之一即是短路故障。超导材料由于其优良的物理性质,超导态时无电阻而失超后出现阻抗,在解决短路故障方面有着得天独厚的优势。如今小型单面超导薄膜限流水平有限,为了限制更大的短路电流,对超导限流器阻抗也提出了更大的要求。大面积超导薄膜失超后能提供大阻抗,但制备大面积超导薄膜仍具有一定的困难;若将多块超导薄膜串联使用可能无法实现失超同步,而双面超导薄膜一定程度上解决了上述问题。
　　本论文的主要研究内容为变压器型双面超导薄膜限流系统,即将双面超导薄膜应用于短路故障限流,利用了其失超后阻抗增大、能够自动恢复、双面失超相互影响等特点。文中首先对双面超导薄膜失超影响因素进行了阐述,并对失超状态下双面超导薄膜温度场进行了温度场-电场仿真,通过实验验证了其失超同步特性,确定了薄膜失超后的相互影响程度以及超导薄膜双面同步失超的稳定性;而后通过对变压器型超导薄膜限流器仿真确定变压器型超导限流器规律与特性,并通过实验验证其规律与特性,变压器型双面超导薄膜能够通过改变原副边电感比来改变限流器工作电流;最后通过FPGA控制板对变压器型超导限流器工作状态进行判断,通过采集电压信号,当高电平信号持续时间达到一定后输出短路故障发生信号以及联动控制信号。
　　通过理论分析、仿真以及实验,双面超导薄膜能够通过基底层传热促进双面超导薄膜同步失超,而将双面超导薄膜应用于变压器型超导限流器能够达到良好的限流效果并能够通过改变原副边电感比来改变限流器工作电流,并能提高限流器的限流水平,这对解决短路电流限制问题具有较强的现实意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 超导限流器研究现状

1．2．1 超导限流器研究进展

1．2．2 变压器型超导限流器原理及研究现状

1．3 超导薄膜材料研究进展与特点

1．3．1 超导块材与带材

1．3．2 超导薄膜

1．4 论文工作与内容安排

第2章 同步失超的仿真及验证实验

2．1 基于Comsol平台的薄膜同步失超仿真分析

2．1．1 薄膜温度方程

2．1．2 薄膜电场方程

2．1．3 双面超导薄膜模型

2．1．4 仿真结果与分析

2．2 同步失超特性实验

2．2．1 两英寸圆形-Meander刻蚀-双面超导薄膜

2．2．2 双面超导薄膜同步失超实验平台

2．2．3 实验结果与分析

2．3 本章小结

第3章 变压器型双面超导限流器仿真及验证实验

3．1 基于Simplorer平台的变压器型超导限流器仿真分析

3．1．1 电路仿真模型

3．1．2 不同电感比

3．1．3 不同限流阻抗

3．2 变压器型超导薄膜限流器实验

3．2．1 变压器型超导薄膜限流器实验平台

3．2．2 实验结果与分析

3．3 本章小结

第4章 限流故障响应控制系统

4．1 方案设计

4．1．1 硬件设计

4．1．2 光耦器件测试

4．1．3 软件设计

4．2 电压信号处理及响应

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 论文总结

5．2 未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间科研成果