动态特性分析：探究变化的规律

时间：2023-06-20 理论教育 版权反馈

【摘要】：故障限流时的动态特性是PMFCL的一个重要指标，直接决定限流器的限流效果，对其进行分析是实现参数优化的理论基础。图5-14 不同拓扑PMFCL的限流波形3.动态磁场分析在t=0.08828s时刻，故障限流后短路电流达到峰值。表5-6a 0.08828s时刻PMFCL磁路磁动势表5-6b 0.084375s时刻PMFCL磁路磁动势 4.动态等效磁路分析根据以上分析得到的磁动势以及磁通之间的相互关系，可得到四种限流拓扑的动态等效磁路方程。

动态特性分析：探究变化的规律

故障限流时的动态特性是PMFCL的一个重要指标，直接决定限流器的限流效果，对其进行分析是实现参数优化的理论基础。

1.动态分析仿真模型

针对220 kV系统线路发生三相接地短路故障，等效分析电路如图5-12所示。其中，相电压U_s有效值为127kV，电源内阻抗Z_s=（1.27+j1.26ω）Ω，线路预期短路电流稳态有效值为70kA（峰值110kA）。设线路的负荷电流为1.4kA，限流器的附加等效电阻R_f为0.2Ω。线路总负载Z_Load=110Ω，系统中串联PMFCL来限制短路故障电流。短路故障发生于母线出口处，发生时刻为0.04s，故障发生后PMFCL自动投入限制短路电流。图5-13为系统中未安装PMFCL的情况下，母线出口发生短路故障的电流波形。

图5-12 仿真分析电路

图5-13 系统中短路故障电流波形（未安装PMFCL）

2.故障限流特性

针对220kV系统安装四种不同拓扑的PMFCL，限流波形如图5-14所示。其中，口字型FCL限流效果最差，直线型限流效果最好。但是，日字型、口字型和直线型都出现了不同程度的波形畸变，为分析磁路的去饱和程度变化，需要对四种限流拓扑在限流过程中的磁场变化进行分析。

图5-14 不同拓扑PMFCL的限流波形

3.动态磁场分析

在t=0.08828s时刻，故障限流后短路电流达到峰值。针对这一时刻，日字型、口字型、直线型和综合型的磁场分析如图5-15所示。

比较图5-15a和b可知，对于饱和度加深侧铁心，短路电流使日字型PMFCL的该侧铁心由以前的饱和程度最低变为最高。本来饱和程度较高的直线型和综合型饱和程度略有增加，但是增幅显著小于其他两种限流拓扑。对于去饱和侧铁心，除了综合型以外，其他三种拓扑的故障限流器的该侧铁心均已经进入反向饱和状态。通过以上比较不难发现，综合型PMFCL具有较强的限流能力，在上述运行情况下未进入反向饱和状态，该种限流拓扑还有一定的限流裕量，还能限制更大的短路电流。

由于铁心和永磁体中磁感应强度分布不均匀，不利于不同拓扑相互之间的直接对比。为量化铁心和永磁体中磁感应强度的大小，并且评估限流器故障限流时的漏磁情况，由式（5-22），系统短路电流达到峰值时，即t=0.08828s时刻，PMFCL中铁心和永磁体中有效磁感应强度见表5-4。

图5-15 t=0.08828s时刻不同拓扑PMFCL的磁场变化比较

表5-4 PMFCL磁路中有效磁感应强度

相对于静态磁场分析，动态磁场分析增加了限流绕组对于限流器内部磁场的影响。PMFCL动作限流后，对应于短路电流峰值时刻，四种限流拓扑中限流绕组的磁通变化仿真结果如图5-16所示。

图5-16 t=0.08828s时刻不同限流拓扑中绕组磁通的变化比较

由图5-16可知，日字型和口字型是双绕组故障限流器，直线型和综合型是单绕组故障限流器，因而绕组磁通有很大的不同。对于日字型和口字型PMFCL来说，正负半波绕组通过的磁通与分别所缠绕的两侧铁心磁通变化基本一致。直线型和综合型PMFCL，通过的磁通为饱和度加深侧和去饱和侧铁心的磁通之和。

表5-5中列出了PMFCL中铁心、绕组（1指饱和度加深侧，2指去饱和侧）和永磁体通过的磁通量。通过比较可知，无论是永磁体还是绕组线圈，在铁心上均有漏磁现象发生。在故障限流的情况下，直线型和综合型PMFCL因绕组线圈包围的铁心之间还有较大的空气间隙，因此绕组的漏磁较为严重。此种情况下漏磁的存在，反而大大减慢了铁心的去饱和程度，降低PMFCL对于永磁偏置能力的要求，从而较易于实现高压大容量的目标。

表5-5 PMFCL中通过的磁通

（续）

不同拓扑故障限流器在t=0.08828s时刻磁场强度分布如图5-17所示。与静态磁场强度分布相似，PMFCL拓扑中铁心和永磁体中磁场强度的分布同样不均匀，绕组所缠绕的部分相对比较平稳。其中，日字型、口字型以及直线型PMFCL去饱和侧铁心均已经进入反向磁场区域，综合型PMFCL去饱和侧铁心磁场强度刚好为零。另外，通过综合型PMFCL永磁体中柱的磁场强度略大于侧柱。