[发明专利]一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法及设备

说明书

本发明公开了一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法及设备，包括：通过过电流冲击实验，获取限流器的失超电阻曲线以及第一失超电阻的阻值，同时计算第一液氮散热功率；以短路电流幅值为输入，计算焦耳热功率记忆总热量Q；计算失超电阻的阻值以及限流器的工作温度T并将两者作为输出；计算第二液氮散热功率，将第二液氮散热功率的值赋予第一液氮散热功率，将失超电阻的阻值赋予第一失超电阻的阻值，进行下一个计算步长的迭代计算。本发明以限流器样机的过电流实验数据为依据，采用失超电阻特性对限流器的复杂结构进行简化替代，有效降低高压容量电阻型超导限流器的试验难度，并满足工程应用的准确度要求；大大降低了实验平台的搭建难度。

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法及设备。

背景技术

目前，随着用电负荷的增多以及大电网间的互联，电力系统的短路电流的幅值不断上升。在最严重短路故障下，短路电流幅值已超过现有断路器的最大开断能力。而超导限流器是一种新型故障限流装置，在短路故障发生时能够有效降低短路电流，与断路器配合切断故障，提高电力系统的安全可靠性。

电阻型超导限流器利用了超导材料的失超特性，在系统正常运行时，限流器处于零电阻的超导态，通态损耗几乎为零；在短路故障发生时，限流器在过电流的作用下迅速失超，对外呈现一个较大的失超电阻，限制短路电流上升速度和短路电流幅值。电阻型超导限流器具有原理简单、结构紧凑的优点，是目前应用最多的超导限流器类型。德国的Ampacity项目在2011年至2013年完成了10kV/2.3kA电阻型超导限流器的并网试验；意大利分别在2015年和2016年完成了不同容量的电阻型超导限流器短路测试；在中国，上海交通大学于2014年设计了电阻型超导限流器样机，并进行了通流试验和短路试验；2018年，中国南方电网针对南澳多端柔直系统，研制了160kV/1kA的电阻型超导限流器样机，并即将开展并网实验。

然而，对于高压大容量的电阻型超导限流器，其失超过程受到电流、温度等多个物理因素共同影响，因此对其失超电阻的精确描述仍然十分困难。另一方面，电力系统的可能的故障工况复杂多变，不同的短路电流幅值会影响限流器的失超程度。当短路电流很大时，限流器将很快失超，有可能因温度过高而导致超导带材烧毁；当短路电流较小时，液氮冷却的影响要大于限流器的失超发热，温度逐渐降低恢复超导态。若要以实验的方式对所有短路电流水平下的失超特性进行测试，则实验平台的难度与造价都将大大提高。

综上所述，现有技术中以实验的方式对所有短路电流水平下的失超特性进行测试时，存在着实验平台搭建难度高的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法及设备，用于解决现有技术中以实验的方式对所有短路电流水平下的失超特性进行测试时，存在着实验平台搭建难度高的技术问题。

本发明提供的一种高压大容量电阻型超导限流器仿真建模方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过过电流冲击实验，获取限流器的失超电阻曲线以及第一失超电阻的阻值，同时计算第一液氮散热功率；

步骤S2：基于第一失超电阻的阻值，以短路电流幅值为输入，计算焦耳热功率；将焦耳热功率与第一液氮散热功率的差与仿真计算步长相乘，得到热量变化量ΔQ；

步骤S3：基于热量变化量ΔQ得到总热量Q；

步骤S4：在总热量Q的基础上计算失超电阻的阻值以及限流器的工作温度T，将失超电阻的阻值以及限流器的工作温度T作为输出；

步骤S5：根据限流器的工作温度T计算第二液氮散热功率，将第二液氮散热功率的值赋予给步骤S2中的第一液氮散热功率，将失超电阻的阻值赋予给步骤S2中的第一失超电阻的阻值，进行下一个计算步长的迭代计算。

优选的，步骤S1的具体过程如下：