基本桥路型超导限流器分析

有偏置源型二极管桥路型超导限流器是一种基本桥路型超导限流器，由美国的LANL公司和西屋电力公司于1983年最初提出。该型超导限流器由二极管桥路VD₁～VD₄、超导线圈L_SC和直流偏压源V_DC（向超导线圈提供偏流i₀）组成，如图6.1所示^[5]。

图6.1　有偏置源型二极管桥路型超导限流器电路图

其中，断路器CB用于开断被降低的短路故障电流，四个整流二极管（VD₁～VD₄）构成全波整流桥，V₀为系统电源，Z₀和Z_load分别为系统阻抗和负载阻抗，V_DC为超导线圈的直流偏压电源。直流偏压电源为超导线圈提供直流偏流，平衡二极管的导通压降，减少回路中的谐波，补偿由二极管引起的损耗。V_DC的最小值要高于一对二极管VD₁与VD₄或VD₂与VD₃的导通压降，但为了避免超导线圈失超，偏压产生的直流偏流不能大于超导线圈的失超临界电流。

当系统发生如图6.1箭头所示的短路故障时，因故障电流前几个峰值为变量，超导线圈两端电压很大，使得电流波形对称性发生变化。故障电流的正半波流经VD₁、超导线圈和VD₂，负半波流经VD₄、超导线圈和VD₃。超导线圈被自动串入回路中，其电感对故障电流前几个峰值起限制作用。设正常运行时负载电流，调整直流偏压电源V_DC使其产生的流

经超导线圈的直流I_SC大于负载电流峰值。因VD₄与VD₁、VD₂与VD₃均匀分流，A、B两点等电位，各二极管分别流过V_DC提供的直流的一半，故正常态时任何瞬间均有

可见四个二极管同时导通，i₀经VD₁与VD₃、VD₄与VD₂分两路流通而不经过超导线圈，超导线圈不起作用。当系统发生短路故障时，即故障短路电流峰值急剧增大到I₀后，VD₁与VD₂、VD₃与VD₄轮流导通，故障短路电流自动流经超导线圈，超导线圈接入系统中起储能作用又对短路电流前几个峰值起限流作用。

假定短路故障发生在负载电流i₀过零瞬间，二极管为理想状态。由基尔霍夫电压定律得到

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式中，V_m为相电压的幅值。由式（6-5）得

对式（6-6）积分得

因为i_SC（0）=I_SC，所以A=L_SCI_SC，则

可见，短路发生后，故障电流由于超导线圈电感L_SC的限制而缓慢增加。

总结有偏置源型二极管桥路型超导限流器的优点有：①在故障发生时超导线圈不失超，不存在动作响应，配合其他限流器件可将故障电流峰值抑制在临界电流以内，避免失超恢复的影响，适用于自动重合闸运行；②正常态运行时，超导线圈工作在直流下，没有交流损耗；③正常运行时装置压降小，不会引起电力系统谐波；④没有铁心，装置较轻且费用低；⑤可以调节故障电流的缩减率。

其缺点也很明显，如不配合其他限流器件使用，则无法限制故障电流的稳态值，原因在于超导电感不断被短路电流励磁，最终使得超导电感上的电流等于短路电流的稳态值。此外，在系统正常运行期间，超导线圈上始终要流过大于主线路电流峰值的直流电流，导致超导线圈电流引线上的损耗较大。