CN102687216B - 具有通过非超导线圈饱和的芯的故障限流器(fcl) - Google Patents

Abstract

一种限流装置(30，40，50，60)，对于AC电源的每一相包括：体积和质量减小的闭合磁芯(31)，所述闭合磁芯(31)具有第一对和第二对相对柱(32a，32b；33a，33b)；以及至少一个AC线圈(35a，35b)，其环绕所述磁芯(31)的相对柱(33a，33b)并且适合与负载串联连接。典型由铜形成的非超导DC偏置线圈(34)环绕所述磁芯(31)的柱(32a，32b)，以使所述相对柱(33a，33b)的每一个通过所述偏置线圈(34)在相反方向上被饱和。在故障状态下，至少一个柱中的AC磁通量与DC偏置磁通量抵消，使得柱不再饱和。优选地，在所述DC偏置线圈中电流减小，因而使得所述芯的两个相对柱不再饱和。

Description

具有通过非超导线圈饱和的芯的故障限流器(FCL)

相关申请

本申请是2005年9月7日提交的名为“Fault current limiters(FCL)withthe cores saturated by superconducting coils”、与WO 2007/029224对应的USSN 12/066,228的c-i-p申请。

技术领域

本发明涉及用于AC电网的限流装置。

参考文献

在下面的说明中，参考了下列出版物：

[1]B.P.Raju，K.C.Parton，T.C.Bartram，“A current limiting device usingsuper-conducting d.c.bias：applications and prospects”IEEE Transactions onPower Apparatus&Systems，Vol.101，pp.3173-3177，1982。

[2]J.X.Jin，S.X.Dou，C.Grantham和D.Sutanto，“Operating principle of ahigh T-c superconducting saturable magnetic core fault current limiter”，PhysicaC，282，Part 4，P.2643-2644，1997。

[3]J.X.Jin，S.X.Dou.，C.Cook，C.Grantham，M.Apperley和T.Beals，“Magnetic saturable reactor type HTS fault current limiter for electricalapplication”，Physica C，2000.341-348：pp.2629-2630。

[4]V.Keilin，I.Kovalev，S.Kruglov，V.Stepanov，I.Shugaev，V.Shcherbakov，I.Akimov，D.Rakov和A.Shikov，“Model of HTS three-phasesaturated core fault current limiter”，IEEE Transactions on AppliedSuperconductivity，Vol.10，pp.836-839，2000。

[5]R.F.Giese，“Fault-current limiters-A second look”，阿贡国家实验室，美国阿贡，1995年3月16日。

[6]2004年8月12日公开的名为“Fault current limiters(FCL)with thecores saturated by superconducting coils”的WO 2004/068670(Yosef Yeshurun等)。

[7]2007年3月15日公开的名为“Fault current limiters(FCL)with thecores saturated by superconducting coils”的WO 2007/029224(Yosef Yeshurun等)。

背景技术

期望具有可变阻抗的基于饱和芯故障限流器(FCL)是用于短路限流的最有成本效益的方案。饱和芯FCL提供了快速响应和迅速恢复、相对低的能量损耗、耐受大故障电流并且能够用于实质上不限数量的操作。

具体而言，本发明涉及基于具有饱和芯的铜线圈的限流装置。在申请人较早的专利WO 2004/068670和WO 2007/029224中给出了涉及具有饱和芯的FCL的现有技术的回顾，本发明不再重复。

在WO 2007/029224中，申请人发现具有饱和芯的FCL的公知设计具有防止这种类型的FCL的发展和实现的实质缺点。其最大的缺点在于大的重量和尺寸[5]。此外，当芯没有深度饱和时，使用闭合DC-闭合AC磁路的FCL设计在DC与AC线圈之间表现出固有的“变压器状”磁耦合。结果，在DC线圈的情况下偏置线圈在所有时间必须保持高饱和度，尤其在故障状态期间(其中耦合度最大)。这通过将大的安培-匝数应用到DC偏置来实现，因而对将超导线圈用作仅有的选择的需求做出贡献。

在公知设计中，具有偏置线圈的低温保持器(cryostat)放置在芯的窗中，因而其尺寸增加。磁芯的尺寸主要通过其截面来限定，其又由在故障期间FCL上所需电压降来确定。该电压与AC线圈中的匝数和芯的截面的乘积成比例。匝数由正常操作下FCL上允许的电压降进行限制。

在WO 2007/029224中，申请人描述了一种FCL，其对于AC电源的每一相包括体积和质量减小的闭合磁芯，所述闭合磁芯具有第一和第二对相对柱(limb)；以及至少一个AC线圈，所述至少一个AC线圈环绕磁芯的相对柱并且适合与负载串联连接，因而产生开口AC磁路。超导DC偏置线圈环绕磁芯的柱，以使每个相对柱通过偏置线圈在相反方向上饱和。在故障状态下，一个柱中的AC磁通量与DC偏置磁通量抵消，使得柱不再饱和。

因而，知道了当由于超导DC偏置线圈所需要的低温保持器施加的顶板(overhead)导致的大尺寸的FCL被WO 2007/029224中教导的配置所解决时，没有进行避免对超导DC偏置线圈的需求的努力。由于FCL的漫长历史和几乎总是使用超导DC偏置线圈，这并不令人惊讶。

因而，采用闭合磁路和超导DC偏置线圈的故障限流器为本领域普通技术人员公知的，并且例如在美国专利No.3,219,918和4,045,823中进行了描述。类似的装置由Raju B.P.等人公开[1]，其中在第3174-5页，描述了这种超导线圈的物理特性，应注意在第3175页，线圈具有401匝，并且样本DC电流在3.5T下为1150A。其在芯窗的尺寸所限定的体积内转换为461，150的安培-匝数，这在非超导线圈(例如铜)中非常难实现，并且对于描述的FCL的应用来说这将意味着非常高的欧姆损耗和非常大的线圈。

这还从美国专利No.4,045,823到Parton(其为上述文献[1]的共同作者)做出了证明，此文献也采用了闭合DC磁路，并且还仍然采用超导DC偏置线圈。换言之，在上述文献公开之后长达十五年的时间，其作者之一仍然发现在采用闭合DC磁路的限流装置中采用超导DC偏置线圈是自然的。

总之，显示很好地建立了采用闭合DC磁路和超导DC偏置线圈的FCL。当使用闭合DC磁路时，出于各种理由使用超导DC偏置线圈是自然的。首先，在先前的采用闭合DC偏置电路和闭合AC电路两者的芯设计中，总的DC磁性长度需要大的安培-匝数水平，为此非超导线圈相对超导线圈不存在经济上的竞争或良好的性能。这是由于成本和低温保持器所采用的空间顶板小于非超导线圈中的铜线的成本并且因而产生的巨大结构。

WO 2007/029224采用开口AC磁路和闭合DC偏置电路，以减小磁路的质量。然而，这里还采用了超导DC偏置线圈。在现有技术中没有暗示采用具有开口AC磁路的闭合DC偏置电路，并且也没有暗示使用非超导DC偏置线圈(如铜)。实际上，基于以上所解释的，不会想到这么做，这是由于使用开口AC磁路的动机是精确地减小AC磁路的质量，同时在DC偏置线圈中需要非常大的安培-匝数，从而妨碍了使用非超导线圈(例如铜)，并且将导致非常高的欧姆损耗和非常大的线圈。

因此，期望提供一种具有非超导铜偏置线圈(例如铜)的FCL的改善设计，其中解决了这一缺点而没有损害在WO 2004/068670和WO2007/029224中提出的配置所给出的优点。

发明内容

本发明的一个目的在于提供具有饱和芯的FCL，所述饱和芯包括放置在单个闭合铁磁芯上的至少一个铜DC偏置线圈，所述饱和芯用作用于单个AC线圈的开口芯并且其甚至令人惊讶地不需要超导DC偏置线圈。

本发明的另一目的在于提供一种具有饱和芯的改善限流器，其中通过将偏置线圈与其电源断开连接，并且把限压电路中的这些偏置线圈与控制线圈上的最大电压的能量吸收元件连接，从而在故障时减小或消除偏置场。通过切换装置实现所述断开连接，通过AC线圈上的电压降来控制所述断开连接，所述AC线圈还在断开故障后恢复(restore)DC线圈电路。

本发明的再一目的在于提供将连接两个偏置线圈片段的DC电路相对于初始连接在相反方向上进行切换，以防止在发生故障时可能的变压器耦合效应。

本发明的其它目的在于：

■减小DC偏置线圈上的交变磁场，从而防止它们的临界电流下降；

■减小偏置线圈的安培-匝数，而无需增加芯尺寸。

根据本发明的第一方面，通过用于AC电源的限流装置实现这些目的，所述限流装置对于所述AC电源的每一相包括：

磁路，对于至少一个AC线圈形成开口磁芯，并且对于适合在无故障状态下将所述磁芯偏置到饱和的至少一个非超导DC偏置线圈形成闭合磁路，从而相对柱的每一个通过所述偏置线圈在相反方向上饱和。

限流器的这种设计允许建构具有小质量和尺寸的饱和芯的FCL，还减小或消除了AC线圈和(一个或多个)DC偏置线圈之间的变压器耦合。

所述磁路优选包括：

闭合磁芯，具有第一对相对柱和第二对相对柱，

至少一个AC线圈，环绕所述磁芯的相对柱并且适合与负载串联连接，以及

至少一个非超导DC偏置线圈，环绕所述磁芯的至少一个柱并且适合在无故障状态下将所述磁芯偏置到饱和，从而所述相对柱的每一个通过所述偏置线圈在相反方向上饱和。

由于AC线圈一般在外部缠绕在芯的两个柱上，从而AC线圈看到开口芯，该开口芯的相对柱在相同方向上经历AC通量，其在AC电流的交替半个周期期间交替。与之相反，DC偏置线圈以对于DC通量形成闭合磁路的方式内部缠绕在芯上，并且影响整个芯的磁导率。具体而言，DC偏置线圈保证芯被磁化，从而在非故障状态下其磁导率低。此外，由于DC偏置线圈产生的通量在DC电流的方向所确定的固定角方向(顺时针或逆时针)上包围磁芯的四个柱，从而其总是在相同方向上作为一个柱上的AC通量并且在相反方向上作为在相对柱上的AC通量。磁芯的尺寸和AC线圈的匝数被设计成使得即使在最大故障状态下，AC线圈中的电流也不会使芯饱和。因此，即使在最大故障状态下，AC通量增加了通过一个柱中的DC偏置线圈所产生的饱和；而在相对柱中，AC通量使得柱脱离DC偏置线圈所产生的饱和。保持饱和的柱表现低磁导率，而不再饱和的柱表现出高磁导率。这意味着，实质上，在故障状态下，磁芯的某些截面区域总是对高线圈阻抗做出贡献，因而用于限制故障电流。

在DC偏置线圈适合在无故障状态下将磁芯的相对柱在相反方向上偏置到饱和时，这样一种布置(其中AC线圈缠绕在开口磁芯上)先前没有提出并且允许磁芯的有效截面区域和/或DC偏置线圈中的安培-匝数减小。

为了提高装置的效率并且使得整个磁芯在故障状态下不再饱和，偏置线圈的DC电路优选供应有在故障状态期间减小DC偏置电流的电流减小单元。在电流减小单元由在故障时间将偏置线圈与DC电源断开、并且包括也限制偏置线圈上的电压的偏置线圈和能量吸收元件的切换单元构成时，实现更好的效果。

切换使得限流器上的最大电压降相比于没有切换的FCL增加，这是由于芯的两个腿不再饱和并且芯的有效截面的增加。使用切换单元的其它效果(作为增加有效芯磁导率的结果)是漏AC的大大减小。当DC偏置线圈通电时，DC通量总是对一个柱中的AC通量提供正偏移，并且对相对柱中的AC通量提供负偏移。当DC关断时，磁图像变为对称的并且磁芯的所有柱未饱和，从而对高磁阻抗做出贡献。

切换单元允许装置的质量减小，而与以如上相对于反馈芯所述的相同方式采用的芯的类型无关。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于减小AC电源的限流装置的质量的方法，所述限流装置对于所述AC电源的每一相包括在无故障状态下提供低阻抗并且在故障状态下提供高阻抗的磁路，该方法包括：

构建磁路以对于至少一个AC线圈形成开口磁芯，并且对于适合在无故障状态下将所述磁芯偏置到饱和的至少一个非超导DC偏置线圈形成闭合磁路，从而所述相对柱的每一个通过所述偏置线圈在相反方向上饱和；

由此，在故障状态下，所述磁芯的某些截面区域总是表现出高磁导率，从而用于防止故障并且允许所述至少一个AC线圈和所述磁芯的所述截面区域减小。

优选地，该方法还包括：

在故障状态期间使所述至少一个非超导DC偏置线圈中的电流减小，由此使芯不再饱和。

附图说明

为了理解本发明并且观察本发明在实际中如何执行，现在将仅通过非限制性示例并且参考附图来描述某些优选实施例，其中：

图1图形化示出了饱和芯单相FCL的现有技术的闭合芯配置；

图2是示出了使用图1中的现有技术的单相FCL的示意性电路图；

图3示出了根据本发明第一实施例具有用于单相FCL的闭合芯的磁路；

图4示出根据本发明第二实施例用于单相FCL的芯的形成；

图5示出根据本发明第三实施例的饱和芯FCL。

图6a和图6b示出根据本发明第四实施例的饱和芯FCL。

图7是示出了根据本发明实施例的单相FCL的示意性电路图，其具有用于在故障状态下使电源与偏置线圈断开的切换系统；以及

图8是示出了根据本发明实施例的单相FCL的示意性电路图，其具有用于在故障状态期间使电源与偏置线圈断开并且将它们以彼此相反的关系重新连接的切换系统。

具体实施方式

在下面的描述中，描述了各实施例。就多个特征对于各实施例公共来说，将采用相同的附图标记来指代对多于一幅图公共的部件。

为了更完整地认识到本发明的优点，首先考虑典型现有技术的单相FCL是有利的。为此，图1图形化示出了现有技术的饱和芯单相FCL 10，其具有包括一对闭合磁芯11a和11b的磁路，每个闭合磁芯支撑相应的AC线圈12a和12b。芯还支撑一对DC超导偏置线圈13a和13b。

图2示意性示出系统20的电路图，系统20示出了使用的单相FCL 10。通常来自电网的AC电源21经由电路断路器23连接到负载22。负载22串联连接到FCL 10的两个AC线圈12a和12b。相应超导偏置线圈13a和13b连接至DC电源24。在任意时刻一个芯中的偏置磁通量25a的方向与AC线圈12a的磁通量26a的方向一致，而另一芯中偏置磁通量25b的方向与AC线圈12b的磁通量26b的方向相反。在正常情况下，偏置线圈25a和25b使相应芯11a和11b饱和。在故障状态下，AC线圈12a和12b使相应芯11a和11b在AC周期的相对半个周期期间不再饱和，从而使得它们的平均电感增大，因而限制电流增加。

参考文献[1]描述了使用闭合DC-闭合AC磁路实现图2中示出的这种FCL。约1000Oe(即80000A/m)的磁场用于使芯饱和并且实现需要的正常状态阻抗。即，约400000安培-匝数用于使约4m磁性长度的芯窗饱和。磁性长度和安培-匝数在图3的全部翻倍窗芯中翻倍，并且分别长度约为8m并且安培-匝数约为800000。在尝试使用铜线圈实现这种FCL时，将需要在约50mm²的截面中使用承载100A的约8000匝铜线。这种线圈将具有表现出约5.8Ohm的阻抗的16km的所需线路长度。因此，与这种电流和阻抗相关的持续欧姆损耗约为58kW，这远大于供应相同安培-匝数的超导线圈所需要的典型5-20kW的制冷器功率。因此，可以决定这种FCL配置所需要的磁性长度和磁场排除铜线圈作为用作偏置线圈的选择。

与图2所示的公知设计的两个闭合芯相比较，图3示出了具有磁路的根据本发明第一实施例的单相FCL 30，该磁路包括单个闭合芯31，所述闭合芯31具有相对的成对短腿32a和23b以及长腿33a和33b。单个非超导偏置线圈34放置在闭合芯31的一个短腿32a上。在本实施例中，仅使用一个AC线圈35，其以AC线圈布置在开口磁芯上的方式环绕芯的两个长腿33a和33b。横向AC和DC偏置线圈的布设的优点在于减小了线圈的变压器耦合，这是由于当DC关断时线圈之间的交互电感理想地为零，并且在横向柱的中心处相对柱中的AC通量相等并且彼此抵消。

图3示出的配置证明是经济上可行的，这是由于与图2所示的闭合DC-闭合AC配置所需的1000Oe相比，大大减小的300Oe磁场足以使闭合DC-开口AC饱和。此外，与图2的闭合DC-闭合AC配置相比，闭合单芯的周长所给出的图3中的DC电路的磁性长度减小到1/2-1/3。这导致安培-匝数总数减小到1/6-1/10，从而致使铜偏置线圈的成本与保持超导线圈的成本相比在经济上是可行的。

重申了在WO 2007/029224中描述了与图3所示的结构类似的结构，然而WO 2007/029224采用了超导偏置线圈。然而，尽管超导线圈比非超导线圈提供了较高电流密度，因此可以使比具有较少欧姆损耗的非超导线圈提供更紧缩方案的芯饱和，从而图3的设计提供的减小的DC磁性长度允许通过非超导线圈也实现饱和的选择。在多种情况下，将证明这是更期望的、有成本效益的方案，由于其节省了在靠近高压装置处使用低温技术的成本和复杂性。

图4示出了根据与第一实施例相似的第二实施例的FCL 40，其中代替单个偏置线圈34，在芯的相对短腿32a和32b上放置两个偏置线圈34a和34b，因而用偏置线圈中的相同安培-匝数总数保证芯的更好的饱和。这通过在保持安培-匝数的同时将图3所示的初始DC偏置线圈分成两个铜线圈来实现。实现这是因为远离线圈的芯中的区域比距离线圈更近的区域饱和度更低。

图5示出了根据另一示例性实施例的FCL 50，其具有相同的闭合芯31和围绕芯的长腿33a和33b缠绕的公共AC线圈35。两个DC偏置线圈34a和34b放置在AC线圈35环绕的芯的两个长腿33a和33b上，因而利用偏置线圈的更少安培-匝数就能够实现芯更好的饱和。

图6a和图6b示出了根据另一示例性实施例的FCL 60，其具有通过围绕一对线40a-40b以及41a-41b来折叠图6a所示的并且与图2、图3或图4所示的对应的芯31而形成的闭合磁芯31，以形成图6b所示的一对间隔开的C-形忒新42a、42b。所述C-形芯42a、42b彼此相对，并且每个芯的各个柱的开口端通过腿43a和43b磁性耦合，以形成闭合磁路。两个偏置线圈34a和34b缠绕在芯的腿43a和43b上。第一AC线圈34a环绕C-形芯42a的相对柱，第二AC线圈35b环绕C-形芯42b的相对柱。这种配置使得比图3所示的第一实施例中实现更好的饱和。

所有的上述实施例的特征在于环绕芯的两个柱的AC线圈35被磁化以通过DC线圈在相反方向上饱和。芯通过AC线圈从未饱和，而仅通过在AC电源的相对半个周期期间在相对方向上磁化“AC柱”的DC偏置线圈饱和。结果是，在故障状态期间，如果DC偏置线圈如同在迄今提出的FCL中通常所做的而继续磁化芯，则仅驱动一个柱不再饱和，同时另一个柱还进入更深度饱和。然而，如果在故障的时刻，一个或多个DC偏置线圈34中的电流如同在本发明中减小，从而AC线圈的最大磁通量可以增加，而不使芯饱和，从而增加了FCL上的最大允许电压降。这一效果与芯的尺寸减小等同，因此在故障期间驱动两个柱不再饱和。结果，AC线圈和芯的截面能够减小。

图7为示出系统70的示例性示意电路图，其包括图3所示的FCL 30，其中偏置线圈34经由切换单元71通过DC电源24供电，所述切换单元71包括快速晶体管开关72和限制电路中的最大电压的能量吸收元件73。因而，切换单元71用于减小DC偏置线圈中的电流。其它元件与图2所示的系统20相同，并具有相同标记。系统70操作如下。在任意时刻，两个柱中的磁通量将被引导至图中的左侧或右侧，这是由于AC线圈35共同缠绕在两个柱上。在正常状态下，DC偏置线圈34使芯饱和，从而柱33a和33b在相反方向上饱和，因而AC线圈35表现出低阻抗。在故障状态下，通过AC线圈的电流增加，并且只要DC偏置线圈34保持有效，则在交替的半个周期期间，AC线圈35将柱33a和33b中的相应一个去饱和。因此，AC线圈35内的磁通量及其相关电感仅被柱33a和33b的一个限定，即被整个芯截面的一半所限定。然而，如果在故障状态下，切换单元71将DC电源24与DC偏置线圈34断开连接，其电流减小，从而使包括柱33a和33b的整个芯去饱和，并且使AC线圈35内的芯的有效截面加倍并且增加其阻抗。这意味着与迄今提出的布局相比的，利用具有显著减小的AC线圈的截面区域和磁芯的这种布局能够实现等同限流效果。

能量吸收元件72需要限制在切换时间期间线圈34两端的电压。在此过渡时域期间，柱33a和33b中的磁通量不相等并且柱32a和32b中的磁通量的快速变化可以在偏置线圈上感应交流电压/电流，这对DC偏置线圈可能是有害的。切换单元71不仅将DC电源24与DC偏置线圈34断开连接，还将两个DC偏置线圈34a、34b或一个DC偏置线圈34的两个片段在相反方向上连接，从而使得在DC偏置线圈电路中的全部AC电压最小化并防止AC电流流入该DC偏置线圈电路中。两个能量吸收元件83a、83b对于限制每个DC偏置线圈或半个线圈上的电压是必需的。FCL上的电压降触发切换电路71。当故障发生时，该电压典型突然地将允许精确和可靠的故障检测的幅度改变一个量级。

图8为示出系统800的示例性示意性电路图，其分别包括图4和图5所示的FCL 40或50，其具有经由切换单元81通过DC电源24供电的两个DC线圈34a、34b。切换单元81包括具有正常闭合接触82a、82b以及正常打开接触82c、82d的第一和第二快速晶体管开关，以及限制电路中的最大电压的相应第一和第二能量吸收元件83a、83b。在故障状态下，接触82a、82b打开从而将DC电源24与DC偏置线圈34a、34b断开连接；然而，同时，接触82c、82d闭合，从而将反相位的各DC偏置线圈34a、34b连接，从而DC偏置线圈34a、34b以其中的两个DC线圈上的可能的感应电压和电流被最小化的方式相对于彼此相反地缠绕。能量吸收元件83a、83b限制每个偏置线圈上的电压。

应该理解，能够对如上文所述的示例性实施例做出修改，而不偏离如权利要求所述的本发明的范围。因而，在示例性实施例中，切换单元用于使DC电源与DC偏置线圈断开连接从而将DC偏置电流降为零。在这些条件下，磁芯的相对柱中的AC通量彼此相同。然而，本发明还想到将DC偏置电流减小到低于零。由于至少一半的芯截面总是通过AC线圈电流被驱动为不再饱和，则其将仍然起作用。DC偏置电流中的任意减小量加到参与限制效果的有效截面。可以使用反馈实现电流减小，例如，如同在WO2007/029224和WO 2004/068670所教导的或使用任意其它适合的方法。

应该理解，本发明包括任意磁路，对于至少一个AC线圈形成开口磁芯、并对于适合在无故障状态下将磁芯偏置到饱和的至少一个铜偏置线圈形成闭合磁路，从而每个相对柱通过偏置线圈在相反方向上饱和。这种磁路对于与切换单元独立的限流装置是有用的，即使不减小DC偏置电流，效率也会降低。在说明书和所附权利要求中使用的术语“电流减小单元”包括用于减小DC偏置电流的任意电路，无论DC偏置电流是否保持非零或一起断开。

最后，应该理解，尽管在所述实施例中，非超导由铜形成，然而本发明不构成为限于此，而是可采用任意其它适合金属(如铝、银、金、金属合金等)。

Claims (18)

1.一种用于AC电源的限流装置(30，40，50，60)，所述限流装置对于所述AC电源的每一相包括：

磁芯(31)，对于环绕所述磁芯(31)的相对柱(33a，33b)的至少一个AC线圈(35a，35b)形成开口磁路，并且对于适合在无故障状态下将所述磁芯(31)偏置至饱和的至少一个非超导DC偏置线圈(34a，34b)形成闭合磁路，使得所述相对柱(33a，33b)的每一个通过所述至少一个非超导DC偏置线圈(34a，34b)在相反方向上被饱和。

2.根据权利要求1所述的限流装置(30)，其中所述磁芯(31)的尺寸使得如果使用超导DC偏置线圈来代替所述非超导DC偏置线圈，则与安培-匝数相关的功耗与需要充分冷却超导线圈的功率相当或更低。

3.根据权利要求1所述的限流装置(30)，

其中所述磁芯(31)是闭合磁芯，具有第一对相对柱(32a，32b)与第二对相对柱(33a，33b)，并且其中所述磁路包括：

至少一个AC线圈(35a，35b)，环绕所述闭合磁芯(31)的第二对相对柱(33a，33b)并且适合与负载串联连接，以及

至少一个非超导DC偏置线圈(34a，34b)，环绕所述闭合磁芯(31)的所述第一对相对柱(32a，32b)的至少一个柱并且适合在无故障状态下将所述闭合磁芯偏置至饱和，使得所述第二对相对柱(33a，33b)的每一个通过所述偏置线圈(34a，34b)在相反方向上被饱和。

4.根据权利要求3所述的限流装置(30)，包括：

单个所述非超导DC偏置线圈(34a，34b)，环绕所述第一对相对柱(32a，32b)的一个柱(32a)，以及

单个所述AC线圈(35)，环绕所述第二对相对柱(33a，33b)。

5.根据权利要求3所述的限流装置(40)，包括：

一对所述非超导DC偏置线圈(34a，34b)，均环绕所述第一对相对柱(32a，32b)的相应柱，以及

单个所述AC线圈(35)，环绕所述第二对相对柱(33a，33b)。

6.根据权利要求1所述的限流装置(50)，其中所述磁芯(31)是闭合磁芯，具有第一对相对柱(32a，32b)与第二对相对柱(33a，33b)，并且其中所述磁路包括：

一对所述非超导DC偏置线圈(34a，34b)，均环绕所述第二对相对柱(33a，33b)的相应柱，以及

单个所述AC线圈(35)，环绕所述第二对相对柱(33a，33b)。

7.根据权利要求3所述的限流装置(60)，其中所述闭合磁芯包括：

第一和第二间隔开的C-形芯(42a，42b)，均具其相应开口端通过相应腿(43a，43b)磁耦合的柱，

一对所述非超导DC偏置线圈(34a，34b)，均环绕所述芯的所述腿(43a，43b)的相应腿，

第一所述AC线圈(35a)，环绕所述第一C-形芯(42a)的相对柱，以及

第二所述AC线圈(35b)，环绕所述第二C-形芯(42b)的相对柱。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的限流装置，还包括电流减小单元(71)，所述电流减小单元(71)用于在故障状态期间减小所述至少一个非超导DC偏置线圈(34a，34b)中的电流。

9.根据权利要求8所述的限流装置，其中所述电流减小单元(71)适合在故障状态期间将所述至少一个非超导DC偏置线圈(34a，34b)与所述电源断开连接。

10.根据权利要求8所述的限流装置，其中相应能量吸收元件(73，83a，83b)连接在所述至少一个非超导DC偏置线圈(34a，34b)两端。

11.根据权利要求8所述的限流装置，其中所述电流减小单元(71)由所述至少一个AC线圈(35a，35b)上的电压降进行控制，以在故障状态期间减小所述偏置线圈中的电流并且在所述故障的断开连接或终止之后在所述偏置线圈中恢复电流。

12.根据权利要求1到7中任一项所述的限流装置，其中所述非超导DC偏置线圈(34a，34b)的每一个由铜制成。

13.根据权利要求3所述的限流装置(50)，包括：

一对所述非超导DC偏置线圈(34a，34b)，均环绕所述第二对相对柱(43a，43b)的相应柱，以及

一对所述AC线圈(35a，35b)，均环绕所述第二对相对柱。

14.一种用于减小AC电源的限流装置的质量的方法，所述限流装置对于所述AC电源的每一相包括磁路，所述磁路在无故障状态下提供低阻抗并且在故障状态下提供高阻抗，所述方法包括：

构建所述磁路，以对于环绕磁芯(31)的相对柱(33a，33b)的至少一个AC线圈形成开口磁路，并且对于适合在无故障状态下将所述磁芯偏置至饱和的至少一个非超导DC偏置线圈形成闭合磁路，使得相对柱的每一个通过所述偏置线圈在相反方向上被饱和；

从而在故障状态下，所述磁芯的某些截面区域总是表现出高磁导率，从而用于防止发生故障并且允许所述至少一个AC线圈和磁芯的截面区域减小。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：

在故障状态期间减小所述至少一个非超导DC偏置线圈(34a，34b)中的电流，从而使所述至少一个AC线圈(35a，35b)不再饱和并且允许所述AC线圈和磁芯的截面区域减小。

16.根据权利要求14所述的方法，包括：

在故障状态期间将所述至少一个非超导DC偏置线圈(34a，34b)与所述电源断开连接。

17.根据权利要求14所述的方法，其中所述磁路包括一对非超导DC偏置线圈(34a，34b)，并且所述方法还包括：

连接反相位的所述非超导DC偏置线圈(34a，34b)，以使得所述非超导DC偏置线圈两端的感应电压和通过所述非超导DC偏置线圈的电流最小化。

18.根据权利要求14到17中任一项所述的方法，还包括将所述至少一个非超导DC偏置线圈(34a，34b)连接到相应能量吸收元件(73，83a，83b)。