限流式混合直流斷路器優(yōu)化設(shè)計(jì)及樣機(jī)研究.pdf

1、可再生清潔能源發(fā)電的大規(guī)模接入需要發(fā)展柔性直流（輸/配電）系統(tǒng)。但在柔性直流系統(tǒng)中，當(dāng)直流側(cè)發(fā)生短路故障，由于其較低的系統(tǒng)阻抗，短路電流將會(huì)迅速上升并達(dá)到很高水平。采用交流側(cè)斷路器來切除故障電流需要的時(shí)間長達(dá)30～100ms，會(huì)對電壓源型換流器(VSC)造成損害，交流開關(guān)將全部跳閘來熄滅架空線上的故障電弧或者隔離直流電纜上的故障區(qū)域。因此適用于柔性直流系統(tǒng)的高壓直流斷路器及其相應(yīng)的快速開斷技術(shù)已成為限制直流系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸問題。
　

2、　本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上，首先對國內(nèi)外目前討論較多的三類直流斷路器（機(jī)械式、全固態(tài)、混合式）的拓?fù)洹⑻攸c(diǎn)進(jìn)行了簡要分析比較，認(rèn)為混合式直流斷路器依靠機(jī)械開關(guān)導(dǎo)通正常電流、固態(tài)開關(guān)（電力電子開關(guān)器件）關(guān)斷故障電流，同時(shí)具備前兩者的優(yōu)點(diǎn)，可控性高、通態(tài)損耗低、開斷無弧光、可靠性高;并對一種基于自然換流型的限流式混合直流斷路器進(jìn)行研究，提出在機(jī)械開關(guān)支路串聯(lián)小電感回路的方式對原拓?fù)溥M(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，分析其工作特性、開斷原理以及能量轉(zhuǎn)移和釋放過

3、程，作為樣機(jī)實(shí)驗(yàn)的依據(jù);然后對此種拓?fù)涞年P(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究:結(jié)合柔性直流輸電工程分析直流斷路器短路參數(shù)要求，提出一套斷路器中固態(tài)開關(guān)支路的均壓、均流電路，以保護(hù)電力電子器件安全、可靠運(yùn)行，并對斷路器其他輔助回路進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，完成實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)的參數(shù)整定;接著在仿真平臺(tái)PSCAD上對提出的混合式直流斷路器和均壓、均流電路進(jìn)行建模仿真，通過仿真驗(yàn)證拓?fù)涮攸c(diǎn)及可行性，并驗(yàn)證均壓均流策略的有效性;最后搭建實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)，選用NI控制器，對控制系統(tǒng)軟件、硬

4、件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對所提出的混合式直流斷路器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的限流式混合直流斷路器能夠在短路切除過程中輔助固態(tài)開關(guān)支路導(dǎo)通，加速機(jī)械開關(guān)支路電流向固態(tài)開關(guān)支路轉(zhuǎn)移，降低了對機(jī)械開關(guān)的要求，同時(shí)小電感在正常運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生多余的損耗，也無需冷卻系統(tǒng);限流電路可以有效限制流過直流線路的短路故障電流的上升率，可以改善開關(guān)支路分?jǐn)嘀绷鞫搪冯娏鞯墓ぷ鳁l件;輔助回路可以有效保護(hù)裝置本體以免開關(guān)支路切斷直流回路時(shí)產(chǎn)生的操作過電壓