具备自适应重合闸能力的多端口混合式直流断路器

为解决柔性直流电网中混合式直流断路器成本高以及盲目重合闸的问题,提出了一种具备自适应重合闸能力的多端口混合式直流断路器。所提断路器能够在能量耗散期间旁路故障线路中的限流电抗器,配合电容充电回路的导通,将本应经避雷器耗散的限流电抗器能量转移到电容中,从而有效减少了故障隔离时间与避雷器能量耗散压力,并为故障性质的判别提供了能量支持。同时,该断路器通过共享主断路器的方式实现故障隔离,结合避雷器泄能需求的下降,大大降低了断路器的制造成本,在经济性方面优势明显。此外,该断路器利用故障识别电流与电容电压在永久性故障与瞬时性故障下的幅值差异来识别故障性质,实现了自适应重合闸,操作简单且易于控制。最后,利用PSCAD/EMTDC在三端MMC柔性直流系统环境下对所提方案的有效性进行了仿真验证,并通过与其他方案的对比分析,证明了所提方案的优越性。

基于经验傅里叶分解的混合式高压直流断路器耗能支路故障检测方法研究

为实现更强的能量耗散能力,混合式高压直流断路器的耗能支路需串并联大量金属氧化物压敏电阻(metal oxidevaristor,MOV),耗能支路的可靠性将直接影响混合式高压直流断路器的可靠性。但是,现有的耗能支路故障检测方法并不能适应整个能量耗散阶段。为此,提出一种基于经验傅里叶分解的混合式高压直流断路器耗能支路故障检测方法,具体为:首先是信号预处理,对耗能支路每个子模块的分支电流进行归一化和一阶差分计算来获取分析电流;然后是故障特征提取,利用经验傅里叶分解(empirical Fourier decomposition,EFD)对分析电流进行分解,提取最高频时频分量作为故障特征分量;最后是检测判据,通过故障特征分量构造突变峰值量化指标,进而通过突变峰值实现耗能支路故障检测。大量实验表明,该检测方法可在能量耗散阶段末期实现可靠地故障检测,且具备一定的抗干扰能力。

新型多端口高压直流断路器拓扑对避雷器的影响

随着柔性直流输电技术的不断成熟,直流输电变得越发普及,而高压直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)及其内部的金属氧化物避雷器作为直流电网的关键部分,其重要性不言而喻。针对现有DCCB,投入的数量多导致成本过高、避雷器吸收能量过多和关断时间过长等问题,因此提出了一种新型多端口高压直流断路器拓扑(multiport DC circuit breaker,MP-DCCB)。通过改进DCCB拓扑结构,对新型MP-DCCB的限流过程及断路过程进行理论分析,并给出了器件相关参数及选取依据,最后用PSCAD软件搭建相应的仿真模型。仿真出来的结果与已有的DCCB方案相比,新型MP-DCCB具有抑制故障电流的大小、减少避雷器的消耗能量、缩短避雷器的关断时间和关断电流等优点。因此该新型MP-DCCB具有良好的可靠性与经济性,仿真结果验证了所提方案拓扑可适用于当前直流电网。

具备故障限流和快速故障清除能力的多端口直流断路器拓扑与控制策略

为解决直流电网中直流故障快速清除的技术难题,提出了一种同时具备限流和快速故障清除能力的多端口直流断路器,并设计了启动、限流后开断线路和限流后复位3种控制策略。所提拓扑结构通过限流电路实现断路时刻电流值的大幅下降,通过电感旁路电路实现故障清除所需时间的缩短;所提控制策略通过复用拓扑部分回路实现直流电网对断路器电容的预充电,通过初步故障判断与二次确认方式来优化断路器的动作时序,实现断路时刻电流值的进一步下降。在PSCAD/EMTDC中搭建了三端直流电网仿真模型,对断路器的各种工况进行了仿真验证。结果表明该多端口直流断路器在各工况下均可实现多条直流线路的保护、减小断路时刻电流值和减小故障切除所需时间。

高压直流断路器中的IGCT功能性模型仿真研究

高压直流断路器在柔性直流输电系统中起着至关重要的作用,其中集成门级换流晶闸管(Integrated gate commutated thyristors,IGCT)是保障高压断路器正常分断的关键器件之一。因此,研究IGCT开通和关断时的电压电流暂态特性模型,是高压断路器系统研究中的一个重要内容。对PSCAD中的自带IGCT模型进行了二次开发,建立一种IGCT开、断暂态的功能性模型。首先,采用电气等效、曲线拟合的方法,实现电路仿真中IGCT的不同运行状态。其次,在PSCAD中用所提出的模型搭建了仿真测试电路,并与器件手册进行对比分析。最后,将该模型嵌入到组合式直流断路器中进行仿真验证。仿真结果验证了IGCT功能性模型的有效性与正确性,为进一步研究高压断路器中半导体模块的应力分析打下了基础,具有较高的工程价值和研究意义。

高压直流断路器在张北柔性直流电网中的应用

高压直流断路器是柔性直流换流站构成直流电网的核心设备,但±500 kV电压等级的高压直流断路器尚无应用经验。为了验证±500 kV高压直流断路器在实际应用中的开断特性,介绍了机械式、耦合负压式、混合式3种不同技术路线的高压直流断路器的拓扑结构,在张北柔性直流电网中通过现场实际短路接地故障,验证了±500 kV高压直流断路器能够在3 ms内可靠切断故障电流,最后对3种不同技术路线的高压直流断路器工作特性进行对比分析,指出了不同技术路线的高压直流断路器在分合闸过程中存在的问题,为大容量高压直流断路器的研制与应用提供一定参考。

高压直流断路器试验技术研究

现代社会迅速发展,电力系统也在发生着变化,高压直流是目前电力系统中一种新型电力输送技术,受到国内外电力行业的关注。高压直流断路器试验技术的应用中,高压直流系统是其重要组成部分,对于保障电力系统稳定运行具有非常重要的作用。基于此,本文将深入研究电力系统中,高压直流断路器试验技术,为研究电力行业研究相关内容的学者提供理论支持和帮助。

高压交流断路器直流电流开断试验技术研究

高压直流输电具有输送容量大、传输距离远、损耗低,以及更有效地连接可再生能源入网和便于灵活操作等多种优势,已成了人们最为关注的能源输送方式。直流系统使用直流转换开关可以获得多种功能和运行的灵活性,关系到输电系统的可靠性、可利用率、可维护性。直流转换开关中的开断装置一般由交流断路器代替,本文进行交流断路器的直流电流开断试验技术研究,通过试验验证断路器的直流开断能力和恢复电压承受能力。

高压直流断路器控制保护系统设计与开发

在电力系统中,高压直流断路器控制与保护是一种十分重要的装置,起着保护电气设备及人身安全的作用。在设计与研制过程中,必须综合考虑各种因素,如电气性能、机械性能、控制策略等。在设计开关高压直流断路器的控制与保护时,需要对其进行各种电气参数的选取,例如额定电压、额定电流、短路电流等。因此本文就高压直流断路器控制保护系统设计与开发展开探讨,以期促进相关行业的发展。

快速低能耗的高压直流断路器原理及设计

高压直流断路器对发展柔性直流输电和多端直流输电起着关键性作用,正是目前电力研究的热点和难点。本文先介绍了常见的三类直流断路器——机械式高压直流断路器、全固态高压直流断路器和混合式高压直流断路器的基本开断原理和优缺点。然后对混合式高压直流断路器能量吸收回路进行研究,提出避雷器分步投入设想并进行理论分析,发现分步投入有减小电流峰值,缩短分断时间,增加避雷器的使用寿命等优势。最后,利用PSCAD做了避雷器分步投入的仿真对比实验,得到了和理论一致的结论。

新型限流式混合高压直流断路器参数设计方法研究

固态高压直流断路器是基于电力电子器件构成,如IGBT与晶闸管,具有动作快速、成本低等优点。机械式固态断路器则具有寿命长、通态电阻小、通态损耗低、可靠性高、安全性好等优点。故障电流限制电路则可以限制直流短路故障电流的上升率,因而降低了对高压直流断路器对故障响应的灵敏度。提出的新型限流式混合高压直流断路器集成了固态高压直流断路器、机械式固态断路器以及故障电流限制电路的优点。介绍了该断路器的拓扑与参数设计方法。为验证该拓扑与参数设计方法的有效性,利用仿真软件PSCAD搭建了仿真模型。仿真结果表明:该新型断路器拓扑与参数设计方法可有效阻断直流短路故障电流。

柔性直流电网机械式高压直流断路器过电压保护策略

随着柔性直流电网技术的快速发展,机械式高压直流断路器作为电网安全稳定运行的关键设备,其过电压保护策略的研究具有重要意义。本文深入研究了柔性直流电网中机械式高压直流断路器的过电压保护策略,提出了基于动态电阻控制的保护方案,分析了机械式高压直流断路器的工作原理及其在柔性直流电网中的应用现状。在此基础上,本文提出了一种基于动态电阻控制的过电压保护策略,该策略通过动态调整断路器的电阻参数,实现了对过电压的有效抑制。本文不仅为柔性直流电网的安全运行提供了重要保障,也为机械式高压直流断路器的优化设计提供了理论支持。

基于混合式高压直流断路器的故障电流限制与开断机制

高压直流输电技术凭借其远距离传输、低损耗等优点,在电力系统快速发展中占据重要地位,逐渐成为电网建设的重要方向。然而,高压直流系统中故障电流限制和开断处理一直面临着技术方面的挑战。混合式高压直流断路器以其快速响应与高效能量吸收能力,在保证系统安全稳定运行方面展现出独特的优势。文章深入研究混合式高压直流断路器的基本组成、工作原理及其在故障电流限制和开断中的应用,具有重要的理论和实践意义。

直流断路器全工况串联型合成等效试验方法

混合式高压直流断路器作为直流电网的关键设备之一,完备的型式试验是保证其挂网运行时快速、可靠清除故障电流和故障恢复的重要手段。为了更好地等效混合式直流断路器分断及故障恢复过程中的高电压与大电流工况,研究了混合式直流断路器开断大电流和故障清除失败情况下的重合闸全过程等效性评价指标,提出了一种新型串联式的全压全流合成等效试验方法,通过适当的控制方式,方案可以在不过多增加控制复杂度,实现试验全工况等效,并通过对电容器组的高效复用,降低了试验的成本。在该方案中,试验回路由大电流回路和高电压回路串联,通过大电流回路单独提供开断电流,在断路器开断结束后投入高压试验回路,两个回路共同作用提供开断后稳态电压和重合闸的二次电流。通过对4 kV/8 kA断路器进行开断及重合闸实验,验证了该试验回路的可行性,并针对500 kV/25 kA工况下的断路器对比了该试验回路与现有并联合成试验回路,结果表明串联式的全压全流合成试验方法在等效性、二次控制简易性和经济性方面存在优势,为直流断路器全工况等效试验提供另一种可选择方案。

一种新型限流型高压直流断路器拓扑

随着柔性直流输电技术的不断成熟,直流输电变得越发普及,而高压直流断路器作为直流输电系统的关键部分,其重要性不言而喻。针对现有高压直流断路器存在故障时短路电流大、分断速度慢、避雷器吸收能量过高等问题,提出了一种具有限流能力的新型高压直流断路器拓扑,该拓扑在传统直流断路器换流支路基础上增加了H型桥限流部分,利用平波电抗器与限流部分共同限流,可以显著降低故障时电流的上升速率与峰值。文中详细说明了新型拓扑的基本工作原理,对故障分断过程进行理论分析并给出相关参数的影响关系及选取依据,通过搭建基于Pscad/Emtdc仿真软件的新型限流型断路器模型,与已有限流型断路器方案相比,避雷器能量吸收降低了62.8%,故障分断时间减少了0.8 ms,并具有良好的可靠性与经济性,仿真结果验证了所提新型限流型直流断路器拓扑可适用于当前柔性直流电网。

基于电容换流的多端口直流限流断路器

直流断路器是实现柔性直流电网直流侧故障隔离的重要设备,但现有拓扑中限流与换流单元的配合较少,导致设备集成度低、造价高、推广应用受限。为此,提出一种以电容作为限流及换流器件的多端口断路器拓扑,通过限流电容与换流电容的配合使断路器完成限流并加速换流过程;基于其在典型直流侧故障后的动态过程,提取了断路器所承受的电压电流应力、避雷器耗能特性,为断路器参数设计提供依据。基于PSCAD/EMTDC对设计的断路器进行电磁暂态仿真,通过断路器开断、重合闸等事件分析,表明了所设计拓扑结构的可行性,以及其内部配合的合理性。

具备故障电流限制能力的多端口直流断路器

混合式直流断路器是实现柔性直流电网故障电流快速阻断的重要装备。然而,目前每条直流线路两端均需配备一台价格昂贵的二端口混合式直流断路器,这严重限制了其在未来新型电力系统中的规模化应用。该文提出一种具备故障电流限制能力的多端口直流断路器,在实现故障双向阻断的基础上,与常规方案相比故障电流峰值下降了38.0%、避雷器能量耗散应力下降了61.21%。更为重要的是,所提断路器完成直流母线故障隔离后,与故障母线相连的健全直流线路仍可以进行正常功率传输,最大程度地保障了柔性直流电网的健全和持续可靠运行。首先,分析了直流断路器在故障工况下的故障电流阻断原理,并对各个动作过程进行了理论推导;然后,揭示了电容和电感参数对断路器限流性能的影响机理,确定了限流单元的元件选型方法;最后,基于PSCAD/EMTDC对所提具备故障电流限制能力的多端口直流断路器进行了仿真分析,结果表明,所提多端口直流断路器具有较强的有效性和适应性。

多端口电感耦合型高压直流限流断路器

直流电网接地故障将引起换流器闭锁,进而扩大故障影响面积,配置直流限流器及直流断路器是解决上述问题的通用方案。运用了2组耦合电感,针对高压直流电网设计了多端口直流限流断路器。该设备包括初级限流器、故障隔离限流器、引流支路3个部分,其中前两者串联在同一直流母线的各条线路中,引流支路是各条直流线路所共用的部分。不同部分的开关器件通过相互配合、互相借用的方式来提高限流断路器的经济性。在PSCAD仿真软件上搭建了张北四端直流电网模型,并与其他几种已有方案进行了比较,结果表明文中所提出的限流断路器能够在6ms内完成电力电子器件相关动作,各开关组所受冲击电压较低,若将其应用于n端口直流母线,则仅需要(26n+502)个开关组,经济性较高。

新型具有限流功能多端口高压直流断路器拓扑

直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)是提高直流电网安全稳定运行的关键设备。针对现有的DCCB投入的数量多导致成本过高、短路故障时电流过大、避雷器吸收能量过多等问题,提出了一种新型具有限流功能的多端口高压直流断路器拓扑(multi-port DC circuit breaker,MP-DCCB)。通过改进DCCB拓扑结构研究其性能,对新型拓扑的工作原理、故障分断过程进行理论分析,并给出相关参数及选取依据,最后用PSCAD软件搭建相应的仿真模型,并进行验证。与常规DCCB方案相比,故障电流减少了48.6%;避雷器上吸收能量、关断电流和关断时间分别减少了54.8%、52.4%和0.8 ms。该新型MP-DCCB具有良好的可靠性与经济性,仿真结果验证了所提新型具有限流功能的多端口高压直流断路器拓扑可适用于当前直流电网。

基于可控有源振荡换流的混合式高压直流断路器

直流断路器是最大程度地保障柔性直流电网系统健全和持续可靠运行的关键装备。为降低预充电系统耐压要求,耦合负压换流型混合式直流断路器需额外配置换流变压器,这严重限制了其在高压直流输电领域的应用。结合耦合负压换流型混合式直流断路器和电容可控振荡换流原理,提出了一种基于可控有源振荡换流的模块级联混合式高压直流断路器。在保障故障电流双向阻断的前提下,所提断路器不但可降低预充电系统的耐压要求,而且可有效减小研制成本和占地面积。首先研究了可控有源振荡电路拓扑结构和工作原理;其次,提出了可控有源振荡换流型混合式直流断路器拓扑,分析了其故障电流分断工作原理;然后,揭示了电容、电感等元件参数对断路器分断性能的影响机理,确定了可控有源振荡电路的元件选型方法;最后,仿真验证与性能对比分析表明:所提可控有源振荡换流型混合式直流断路器原理可行,技术经济性能优越。