基于抑制起弧原理的中压无弧直流断路器

直流断路器是多端直流输电和直流配电网的关键设备。机械式和混合式直流断路器面临的困难是开断过程中触头间存在燃弧问题。文中讨论了产生电弧的电场强度和电压条件,并通过大量实验统计分析,总结出了抑制起弧所需满足的电场强度和电压条件。设计了抑制起弧的辅助缓冲电路,用以限制开断过程中触头间电压的上升,使其低于由机械开关速度决定的触头间介质绝缘电压,从而实现了直流断路器的无弧开断。通过仿真和低压模拟实验验证了抑制起弧原理和缓冲电路设计的正确性和有效性,并分析了中压无弧直流断路器的可行性。

基于低压电容器抑制起弧的混合直流断路器

直流断路器的研发与推广相对滞后,阻碍着直流输电与配电的发展,目前国内外直流断路器主要存在成本高、体积大、运行损耗高等问题,针对这些问题本文提出了基于低压电容抑制起弧的混合直流断路器,机械开关K2与电容器C2并联的作用相当于辅助换流开关实现换流,代替传统强迫换流所用的电力电子模块,其通态损耗基本为零,且由于电容器不必承受高电压,降低了断路器的体积,减少了成本。根据不同应用场景可以实现常规燃弧与低电流燃弧的开断控制,并且能够满足故障电流的双向关断;通过PSCAD仿真实验验证了电路设计的正确性和有效性。

基于电容换流的限流型高压直流断路器

针对现有直流断路器存在的分断故障电流峰值高、通态损耗大、成本高以及机械开关电弧等问题,提出一种基于电容换流的限流型高压直流断路器(current-limiting high-voltage DC circuit breaker based on capacitor commutation,CC&CL-HDCCB)拓扑。正常运行时系统电流仅流过机械开关,导通损耗小;当进行故障开断操作时,投入电容进行充电,利用较高的电容电压提供电力电子器件的导通电压,使故障电流从机械开关支路转移,可用于高电压等级工况;换流支路与限流支路共同作用避免了故障电流的自然上升过程,有效降低了故障电流峰值。对断路器故障处理过程中的机械开关耐压和各支路电流等方面进行分析,给出了合理的元件参数和运行方式。最后利用PSCAD/EMTDC软件进行仿真验证,与相关断路器就故障电流峰值、避雷器吸能、电容电压等方面进行对比分析,验证了所提结构的合理性和经济性。