500 kV耦合负压换流型混合式直流断路器原理与研制

多端柔性直流系统在分布式能源和直流负荷接入、网络柔性互联、电能质量等方面具有显著优势,成为未来电网的重要发展趋势。为了保证多端柔性直流系统安全稳定可靠运行,需要能够在数毫秒内开断故障电流的直流断路器。本文面向张北±500 k V柔性直流电网示范工程的应用需求,开展了500 k V直流断路器原理研究与样机研制。首先,提出500 k V耦合负压换流型混合式直流断路器系统方案,给出其拓扑结构、工作原理和控制逻辑;进而,设计基于电磁斥力操动机构和电磁缓冲机构的快速机械开关、基于二极管和复合被动保护支路的交叉桥式电力电子开关和基于耦合负压电路的换流装置等;最后,研制500 k V耦合负压换流型混合式直流断路器工程样机进行实验验证。研究结果表明,研制的100 k V混合式直流断路器能够在3 ms开断25 k A短路电流,具有低损耗、低成本、高可靠性等特点,相关成果已经过实验验证。

正确的红移理论与宇宙演化

光和透明体间的斥、引力相互作用使光的运动方向和速度发生改变即形成折射。向我们运动的物质发射或反射的光都是高速光,高速光和透明体间与普通光和透明体间有同样大小的相互作用力致高速光的运动方向和速度改变相对较少即形成人们所说的红移现象。现在观察到远方的绝大部分天体发来的光都有红移现象,说明远方的天体与我们的距离都在缩短;某空间内相对静止、分散的物质在大家的共同引力作用下都向中心聚集;天体内层较基本的物质粒子受外部物质的巨大压力致彼此间距被压得很近、斥力增得很大,使他们具有分开进入宇宙其他区域的内能。

160 kV超快速机械式高压直流断路器的研制

针对±160 kV南澳多端柔性直流工程对高压直流断路器的实际需求,提出了一种新型的机械式高压直流断路器拓扑,以及160 kV机械式高压直流断路器的技术方案,对其中的关键技术如快速操动机构、多断口串联均压等进行了仿真研究。研制出了160 kV超快速机械式高压直流断路器,提出了采用发电机源提供交流电流来模拟直流故障电流的开断试验电路,并进行了正、反向大电流开断试验。试验结果表明,机械式高压直流断路器成功开断了9.2 k A正向电流,暂态恢复电压峰值达到272 kV,开断时间3.9 ms;成功开断了9.2 kA反向电流,暂态恢复电压峰值达到262 kV,开断时间为4.6 ms。

混合式高压直流断路器中的快速机械开关研究

针对能够应用于±160 kV南澳多端柔性直流工程的混合式高压直流断路器中的关键部件——快速机械开关进行了仿真试验研究。研究了快速机械开关采用两个80 kV的SF6断口串联方案,利用Ansoft Maxwell有限元软件对断口进行了电场仿真,结果表明断口动、静触头开距为15 mm时能够满足耐受80 kV直流电压的要求;研究了采用电磁斥力机构作为断口的快速操动机构的可行性,设计了电磁斥力操动机构样机,试验论证了快速机械开关可以在3 ms左右分闸到位。

考虑公差不确定性的快速真空开关机构保持单元多目标优化

永磁保持单元为斥力操动机构在分合闸位置提供足够的保持力,是维持机械开关分闸或合闸状态的重要元件,其结构参数与出力特性是开关可靠分合闸的关键因素。针对保持单元敏感部件加工公差不确定、装配一致性差、输出动态特性相互关联问题,将区间不确定性模型引入保持单元系统出力特性分析中,提出一种基于非支配排序粒子群算法的多变量多目标优化方法。首先,基于保持单元三维有限元模型,研究动铁芯与导磁环的公差不确定性对保持单元输出力的影响规律。然后,以保持单元敏感部件公差影响分析为基础,选取永磁保持单元机械参数为优化变量,计及操动机构成本与弹跳大小,同时考虑导磁环与动铁芯公差不确定性,建立考虑公差不确定性的斥力操动机构保持单元多目标优化设计模型,得到Pareto前沿非支配解集。最后,基于所优化的保持单元结构,搭建快速真空开关实验平台进行斥力操动机构分合闸实验,该系统可在15 ms内完成分合闸动作。研究表明,该优化方法保证了不同制造条件下斥力操动机构保持单元均能最大程度发挥其作用,且允许动铁芯与导磁环参数设计较低等级公差。