以双向可控硅为辅助开关的直流固态断路器关断过压钳位技术

基于传统金属氧化物压敏电阻的无源过压钳位技术仅能将过压峰值限制在母线电压的两倍以上,极大降低了固态断路器中半导体开关的额定电压利用率,进而降低了固态断路器的运行效率、功率密度和成本优势。为此,在对传统过压钳位技术分析的基础上,提出了基于双向可控硅的有源过压钳位技术。利用双向可控硅更易驱动、能够双向导通/阻断和在毫安级电流下自关断的特性,简化了关断过压钳位电路功率结构并设计了专用不控RC驱动电路,降低了电路硬件成本和体积,实现了较好的过压钳位效果。对过压钳位电路的工作过程、参数设计及器件选型进行了详细分析与举例说明。最后,进行了母线电压600 V下的关断过压对比实验,结果表明该方案在保证较好的过压钳位效果的同时其成本被进一步降低。

高压直流断路器中电磁斥力快速驱动器研究

应用在基于电压源型换流的多端直流输电系统中的高压直流断路器,其关键部件机械式快速隔离开关在断路器开断故障电流时需要在几ms内分闸到位。为此,提出了基于电磁斥力的快速驱动器作为快速隔离开关的操动机构。通过对电磁斥力机构的线圈、金属盘、控制电流和行程特性的基于等效电路法的建模仿真及装置试验,研究了其在几ms内操动行程达25 mm的可行性。结果表明:仿真结果和试验结果具有一致性;电磁斥力快速驱动器的操动行程能在几ms内达到25 mm。在验证了仿真方法正确的基础上,根据仿真结果提出了电磁斥力机构的一般设计原则:线圈的内径和金属盘的内径,线圈的外径和金属盘的外径都应该设计成一样大;金属盘的厚度对于不同的设计对应有最优的参数;线圈和金属盘的初始距离应尽量小。

10kV永磁断路器驱动电路设计及其脉宽调制仿真

永磁断路器作为过零投切开关使用是一个新的应用领域。针对目前普遍采取的直接电容对断路器线圈放电,断路器线圈开关电流不一致而导致永磁断路器开关动作存在分散性的问题,设计了一种新型永磁断路器驱动电路,跟踪给定线圈工作电流,保证线圈开关动作电流相同,并给出了的电路参数选择方法及适用范围,最后用软件进行了仿真,验证了方案的可行性。

应用于混合式直流断路器的电流转移方法

电流转移是混合式直流断路器能够成功开断电流的前提,针对混合式直流断路器的电流转移特性展开了研究。首先通过试验测量具有不同触头结构及触头材料的真空电弧电压。试验结果表明电流为0~1 k A时,电弧电压约16~22 V;且改变触头结构、触头材料及触头开距等无法有效提高电弧电压,所以提高真空电弧电压以驱动电流转移的方法并不可行。为此,首次提出了一种应用换流驱动电路的电流转移方法。对换流驱动电路建立了数学模型,并通过试验验证了仿真模型。最后,针对基于换流驱动电路的混合式直流断路器,设计试验回路并进行了电流转移等效模拟试验。试验结果表明:该电流转移方法能够保证混合式直流断路器中电流在200μs时间内可靠转移。该试验结果验证了基于换流驱动电路的电流转移方法应用于混合式直流断路器的有效性。

快速开关技术应用现状与展望

为了更好地利用快速开关解决限制短路电流、抑制电压暂降等电网问题,对实现首波开断的快速开关的关键技术,即快速涡流驱动技术和短路故障快速识别判据进行了论述,在此基础上,从利用快速分闸特性、利用快速合闸特性、利用一组快速开关相互配合等3个技术路线阐述了快速开关的应用现状,主要包括无损深度限流、串联补偿电容快速保护、快速解列和快速切机装置、电压暂降快速隔离装置、双电源快速切换装置等,最后对未来快速开关的新应用前景进行了展望。

快速真空断路器在限流技术中的应用

针对由于电网规模和单机容量的不断扩大,造成电网短路电流越来越大的问题,采用快速真空断路器技术,快速投入限流电抗器对短路电流进行深度限制,使得电网短路电流大幅度减小。经电网中压系统大量应用和330 k V线路安装考核验证,结果表明:采用快速真空断路器技术限制电网短路电流,避免了常规限流技术造成的较大运行损耗,实现了电网限流装置结构轻便、造价低廉、运行可靠、维护方便的目标。

电子式剩余电流断路器电源稳定性的研究

介绍了通过增加输入电源电路冗余的方法减小断相时系统断电的概率;介绍了电流自生电电路,在线路两相断相并且短路时,利用短路时的瞬时大电流给系统供电来提高系统电源稳定性;论述了在使用变压器作为调压器件时,由于输出功率不足将导致系统故障,可以通过使用开关电源作为电压调节器件来解决。同时提出了另一种稳定电源的方法,就是使用备用电源,并分析了其优势。

弹簧机构输出与灭弧室触头运动映射关系分析

文中通过对断路器传动回路的运动学进行计算分析,得到了弹簧操动机构输出与断路器灭弧室触头运动之间的非线性映射关系。解释了常规测试断路器机械特性的方法存在一定的误差的原因,并分析了传动机构制造和安装存在误差对灭弧室触头运动产生的影响,为断路器整个传动回路的优化设计及其操动机构中凸轮机构的优化设计奠定分析基础。

一种新型电感激励换流式高压直流断路器及其仿真研究

高压直流断路器是多端柔性直流电网中直流故障快速切除的关键设备,是柔性直流电网安全可靠运行的重要保障。针对已有电感激励换流式直流断路器存在的问题,研究提出一种新型电感激励换流式高压直流断路器方案,在转移支路上集成换流驱动电路,避免脉冲变压器副边线圈长期通流;并通过判断线路电流方向,在激发电流正半波内完成正反向换流,缩短反向换流时间,避免电力电子器件关断前的大电流冲击。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了新型直流断路器方案的可行性,正反向换流时间均小于50μs,短路电流开断时间小于3ms,具有通态损耗小、自然冷却、全电流开断和重合闸等特点。

基于换流驱动电路的直流断路器关键技术研究

针对直流断路器存在的预充电系统电压过高、充电困难或运行损耗大、系统复杂等问题,本文提出一种适用于直流断路器的换流驱动电路。研究其工作原理,建立换流过程的状态方程形式的数学模型,研制了换流驱动电路的两大核心部件——自动供电系统和基于半导体器件的双向快速开关,通过短路故障开断实验验证了换流驱动电路在机械式和混合式直流断路器中的通用性,提高了换流驱动电路的工程实用性。相比现有换流技术,该拓扑具有微损耗、成本低且通用于机械式和混合式直流断路器的优势。

预付费电能表外置断路器控制器电路优化设计

通过分析电能表外置断路器技术规范的要求,提出一种新的设计方案。该方案采用带低功耗选择的电源电路设计,有效解决电源电路工作时产生的电能损耗累计到用户的电能表中产生用电纠纷的问题。采用双通道推挽式功率放大的专用驱动芯片,完成直流电机驱动电路的设计,具有电路设计简单、控制刹停效果好的优点。采用超低功耗、16位精简指令系统的微控制器MSP430F1122为核心器件,构建一个低功耗高性能的测控系统,其所需电路的关键部位采用冗余设计,确保微控制器的持续、稳定运行。

混合式直流断路器用真空机械开关及驱动电路的研发

混合式直流断路器综合了真空机械开关通态损耗低和电力电子组件响应速度快的优点,在中远距离直流高压输配电系统和中压直流微电网中得到广泛的应用。真空机械开关作为混合式直流断路器的关键部件,其分断速度直接决定了混合式直流断路器的开断性能。在前期研究的基础上,进行了电磁斥力机构及其脉冲电容驱动电路的方案设计,并利用有限元仿真分析平台,通过改变斥力线圈匝数、电容电压等关键参数对电磁斥力机构进行仿真计算,分析变化量对分闸过程的影响,并依据仿真结果研制了2 kA真空机械开关样机。

风电机侧断路器短路分断的理论分析

风力发电系统中由低压电器元件引起的故障时有发生,并造成较大的安全隐患。结合永磁直驱风力发电系统的机侧主回路特性,梳理并分析了影响短路分断性能的主要因素,提出了机侧断路器短路分断时的特殊要求,以及机侧断路器短路试验的等效试验参数,可为机侧断路器的研发设计提供参考依据。

轨道交通车辆高速断路器驱动保持及外部电路研究

对不同种类高速断路器从驱动方式、保持方式和应用场景方面进行了分类和介绍,并结合典型的驱动及保持电路对高速断路器不同工作状态下的原理进行了分析,分别完成不同应用场景的高速断路器外部电路总体设计,最后比较了各种方案的优缺点,提出了最佳方案。