高壓直流斷路器及其關(guān)鍵技術(shù).pdf

1、直流輸（配）電與交流輸（配）電相比，具有線損低、不存在系統(tǒng)同步運行穩(wěn)定性問題等一系列優(yōu)點。近年來，隨著電壓源型高壓變流器和高壓柔性直流輸（配）電技術(shù)的迅速發(fā)展，高壓柔性多端直流輸（配）電系統(tǒng)及輸（配）電網(wǎng)的工程化應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)（裝備）研究受到了國內(nèi)外業(yè)界的高度重視，其中之一就是高壓直流斷路器的研發(fā)。高壓直流斷路器面臨諸多技術(shù)難點:直流電流沒有自然過零點，直流電弧不易熄滅，直流斷路器需解決開斷時的滅弧難題;直流系統(tǒng)阻抗（穩(wěn)態(tài)時只有電阻）較之

2、交流系統(tǒng)要小得多，其短路電流增長極快（尤其在基于VSC型換流器構(gòu)成的直流系統(tǒng)情況下更為突出），直流斷路器需解決快速準確判斷故障并開斷短路電流的難題。
　　本文首先詳細闡述了直流斷路器的技術(shù)概況以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。分析了機械式、全固態(tài)與混合式這三類直流斷路器的拓撲結(jié)構(gòu)、工作原理和優(yōu)缺點及國內(nèi)外研究情況，指出基于機械開關(guān)并聯(lián)固態(tài)開關(guān)結(jié)構(gòu)的混合式直流斷路器具有開斷快速可控、無（微）弧無響聲、開關(guān)壽命長、可靠性高、通態(tài)損耗小及無需專用冷

3、卻設(shè)備等一系列優(yōu)點，應(yīng)作為高壓直流斷路器的主要發(fā)展方向。本文進一步針對直流斷路器研發(fā)中所需要涉及的關(guān)鍵技術(shù)進行了論述與總結(jié)，分為:電弧理論模型分析與建立，電力電子器件串、并聯(lián)關(guān)鍵技術(shù)研究以及直流斷路器中所涉及的輔助回路設(shè)計等三個方面進行了闡述。為之后提出一種新型的混合式直流斷路器拓撲結(jié)構(gòu)提供了相應(yīng)的理論依據(jù)與技術(shù)支持。
　　本文在此已有研究的基礎(chǔ)上，提出了一種新型限流式混合直流斷路器的拓撲方案，該方案的突出特點是:采用電力電子復(fù)合

4、開關(guān)——固態(tài)開關(guān)部分基于全控(IGBT)、半控(SCR)型電力電子器件混合構(gòu)成，充分利用全控型功率器件的快速可控性及半控型器件容量大（耐壓水平高）、價格便宜的優(yōu)點，以降低高壓混合式直流斷路器的電力電子功率器件串聯(lián)數(shù)量;采用特殊設(shè)計的限流電路，在故障發(fā)生時抑制短路電流的上升速率，從而降低了對故障判斷靈敏性和機械開關(guān)速動性的要求，以及裝置工程化實現(xiàn)的技術(shù)難度。并針對此新型限流式混合直流斷路器進行了拓撲改進，根據(jù)不同的優(yōu)化要求，提出了三個拓撲

5、改進方案。其一，針對電流開斷雙向性問題，提出了具有雙向開斷能力的拓撲改進方案;其二，通過在機械開關(guān)回路上串聯(lián)入小電感結(jié)構(gòu)，為固態(tài)開關(guān)在短路時快速提供正向?qū)▔航?，實現(xiàn)加快短路時固態(tài)開關(guān)導(dǎo)通的目的，同時也起到保證固態(tài)開關(guān)穩(wěn)定導(dǎo)通的作用;其三，采用將機械開關(guān)與少量IGBT進行串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，利用此串聯(lián)IGBT可在分閘時迅速動作，從而滿足固態(tài)開關(guān)的建壓條件，加速換流過程進行，且IGBT結(jié)構(gòu)可保證機械開關(guān)的無電弧動作，減低對機械開關(guān)的技術(shù)要求。

6、r>　　本文對所提出的新型限流式混合直流斷路器的參數(shù)設(shè)計原則及復(fù)合開關(guān)的配置方法進行了詳細的推導(dǎo)，并詳細分析了其工作原理，與動作特性。并利用PSCAD仿真軟件，對所提出的三種拓撲結(jié)構(gòu)進行了詳細的計算機建模仿真分析，驗證了各方案的理論分析內(nèi)容。且在實驗室搭建基于所提出的新型限流式混合直流斷路器基本拓撲的小電壓小電流實驗室原理樣機，通過進行小電壓小電流實驗，對此拓撲結(jié)構(gòu)進行實驗驗證。仿真與實驗結(jié)果證明，采用本文所述方法進行限流式混合直流斷路