[发明专利]用于电流调节、尤其是故障限流器中的电流调节的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电流调节的方法，包括：

-通过初级线圈输运初级电流，

-通过共同磁通量使次级线圈耦合到初级线圈，

其中该次级线圈包括能够失超的超导体，失超导致超导体从低阻超导态转变到高阻失超态，

-及在次级线圈的低阻超导态，在铁磁介质中引导初级线圈和次级线圈的共同磁通量的主要部分。

这样的方法基于DE19524579A1。

本发明涉及用于电流调节的方法，尤其可以应用于输电网的能量产生、传输和分配以及防止故障电流的设备保护的领域。

背景技术

电流调节在能量的产生、传输和分配中是必须的。被认为是故障电流(例如，短路电流)电流限制的电流调节不仅允许防止电气设备过流，而且允许在输运能量的较高水平时开发现有设备。

一般地，电流调节可通过多种方法提供，例如，使用磁饱和(饱和电抗器)、机械转换、电子转换(基于固态转换)等的方法。电流调节的最近发展的方法基于超导体从低阻(超导)态到高阻(失超)态的转变和允许对在中和高压下的高电流的调节。使用超导体的转变的最经济的电流调节方法，尤其是关于能量损失和低温消耗，基于用超导体调节电路电流的的感应耦合。这里，没有连接环境温度区域和低温区域的电流导线是必需的；超导体(典型地，短路超导线圈)可以被完全包封，所以热绝缘简单且有效。针对故障电流的限制的若干种电流调节方法在下文中展开。

JP04112620A公开了一种用于电流调节的方法，其中被调节的电路电流(初级电流)通过初级线圈输运，以及在初级线圈中放射状设置的由超导材料制成的次级线圈通过共同磁通量耦合到初级线圈。在次级线圈的低阻(超导)态和高阻(失超)态，在空气中引导共同磁通量。该方法仅允许小的电流调节效应，更具体地，仅允许电流限制的较小效应。

与DE19524579中描述的方法相比，当磁通量的引导在铁磁介质中执行时可达到电流调节的更高水平。这里，电路电流(初级电流)通过初级线圈输运，以及由超导材料制成且被成放射状设置在初级线圈外部的次级线圈通过共同磁通量耦合到初级线圈。在次级线圈的高阻(失超)态和低阻(超导)态，在铁磁变压器芯中引导共同磁通量。然而，在次级线圈的高阻态，该电流调节方法在初级电流中引入严重的谐波失真；总谐波失真可轻易超过20％到30％。这些谐波失真严重威胁到用初级电流供给的电力设备和输电网的安全性。

发明内容

发明目的

本发明的目的是提供一种降低谐波失真的经济的和有效的用于电流调节的方法。

发明概述

为达到本发明的目的，根据本发明，采用如开始介绍的方法，其特征在于

-失超时，转换共同磁通量使得共同磁通量的主要部分在超导体的高阻失超态下被引导到铁磁介质的外部。

发明者发现：当次级线圈的失超超导体在高阻(失超)态时，增加磁通量的被引导到铁磁介质的外部的部分导致总谐波失真(THD)的迅速下降。与采用的铁磁材料无关，当共同磁通量的主要部分在铁磁介质的外部时，产生THD的下降。因此，共同磁通量的一些份额(百分比)在失超时关于铁磁介质从内部到外部空间的转换(再分配)允许阻止至少部分谐波失真。

注意到，根据本发明，在超导体的低阻(超导)态，共同磁通量的主要部分在铁磁介质中被引导，这保证在正常操作时主要在从正常操作方法(低阻态)到高阻态的转变初期时初级和次级线圈的良好耦合。因此，执行本发明方法的设备能保持相对较小。进一步，通过增加初级线圈的感应系数，铁磁介质也提高了在超导体的高阻(失超)态的电流限制效应。

这里，共同磁通量指的是通过初级线圈和次级线圈的闭合磁通量线。这里，主要部分指的是超过50％，优选地至少75％(适用于在失超前铁磁介质中的通量部分，和失超后铁磁介质外部的通量部分；注意，这两个通量部分可以相互独立且典型地具有不同值)。通过在面积A上对磁通密度B(根据μ₀^*μ^*H得到)进行积分计算磁通量。这里，μ₀和μ分别代表绝对磁导率和相对磁导率。

这里，如果相对磁导率μ(在非饱和态)为1.1或更大，，优选100或更大(典型地，对于普通铁材料来说，相对磁导率在1000或更大的量级)，则介质被视为铁磁体。在铁磁介质的外部，存在非磁介质，例如真空、气体(例如，空气)、非磁液体(例如，液氮)或非磁固体(例如，黄铜、非磁不锈钢等)，典型地相对磁导率介于0.99和1.01之间。