Research on Parameter Collaborative Configuration of DC Circuit Breaker and DC Fault Current Limiter

Fault current suppression is the key technology to ensure the safe operation of the DC power distribution system. In order to realize the parameter collabora-tive configuration of the DC circuit breaker and the DC current limiter and improve the fault current suppression capability, the fault current suppression mechanism of the DC power distribution system is revealed based on the circuit model. Then, based on the mathematical model of the DC breaker, the characteristic parameters of DC breaking are extracted, and then the influence of different characteristic parameters on the breaking characteristics of fault current is studied. Finally, the mathematical model of the collaborative process between DC circuit breaker and DC current limiter is established. The charac-teristic parameters of fault current collaborative suppression are extracted. The coupling effects of different characteristic parameters on the fault current col-laborative suppression are studied. The principle of collaborative configuration of DC circuit breaker and DC current limiter is proposed, and the collaborative suppression ability of DC circuit breaker and DC current limiter to fault current is fully exploited to ensure the safe and reliable operation of the DC power distribution system.

一种基于磁耦合转移原理的10kV直流断路器

直流电流没有自然过零点,因此开断直流短路电流比开断交流短路电流更为困难。本文介绍一种基于磁耦合电流转移原理的中压10kV直流断路器拓扑方案,该断路器可实现对15kA直流电流的快速开断。首先,对直流断路器原理和控制逻辑进行介绍;然后,根据拓扑方案提出快速机械开关、电力电子开关、磁耦合装置等核心部件的设计思路;最后,搭建仿真模型对该方案进行仿真分析,模拟不同工况下的开断情况,仿真结果验证了该方案的有效性。

多端VSC-HVDC直流线路故障限流及限流特性分析

基于电压源型换流器(voltage source converters,VSC)的多端柔性直流系统中直流线路的故障电流上升速度快、电流峰值大。然而具有大容量、快切断能力的高压直流断路器正在研制中。结合目前直流断路器开断容量水平,该文提出通过在直流线路两端串入限流电路的方法来限制故障电流的峰值和电流的上升速度率,并给出相关参数的理论计算方法。对该电路的限流特性进行分析与对比,结果表明,该限流电路能有效抑制故障电流,降低了对直流断路器开断容量和开断速度的要求。在该限流电路的基础上,提出一种多端VSC-HVDC直流线路故障处理方案。仿真分析表明,该故障处理方案能够有效抑制直流线路故障电流以及IGBT并联二极管电流,故障切除后非故障系统能保持正常运行,可以有效地增强多端VSC-HVDC系统对直流线路故障的处理能力。

基于健康指数的直流断路器状态评估模型

[目的]直流断路器是地铁牵引供电系统的关键设备。为了通过采取合理的维保策略提高牵引供电系统可靠性,需准确评估直流断路器健康状态。[方法]采用健康指数表征设备整体健康状态,构建设备健康状态的综合评估模型。基于设备特征参数变化反映设备健康状态,合理选择评估指标建立设备运行状态多指标评估体系;结合层次法和熵权法改进各分项指标权重的计算方式,使得设备健康状态评估模型的建立更加合理;依据该评估模型计算设备健康指数,并建立基于历史健康数据的使用寿命模型来拟合设备健康指数的变化趋势,评估设备未来健康状态与预测设备剩余使用寿命;以某牵引变电站实际数据为例,对所提评估模型进行验证。[结果及结论]实例分析结果表明:该直流断路器状态评估模型具有一定的有效性与合理性,能够科学地对直流断路器健康状态与剩余使用寿命进行判断与预测。

城市轨道交通牵引供电系统直流快速断路器开断及灭弧分析

[目的]直流灭弧技术是城市轨道交通牵引供电系统的设计难点之一,因此有必要对主要直流快速断路器的直流开断及灭弧原理进行分析。[方法]介绍了直流电流开断及电弧熄灭原理;介绍了直流电流的稳定燃烧点及熄灭条件;分析了直流电弧的开断参数,介绍了直流快速断路器的灭弧设计原理;分析了地铁供电系统直流快速断路器易烧损的原因。[结果及结论]要开断直流电弧,需产生一个高于电源电压的电弧电压,即加大电弧电压能够熄灭直流电弧;直流快速断路器的开断过程要综合考虑燃弧时间和系统过电压因素;在直流断路器设计研发时,需重点关注非稳定弧电压和小电流开断弧电压;在电弧熄灭时,设置一个额外的RC(电阻电容电路)吹弧线圈,同时结合灭弧室金属格栅设计,可以稳定燃弧电压。

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。

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。

考虑二次限流的新型限流断路器拓扑设计

为解决现有直流断路器存在的限流效果差、切断时故障电流峰值高以及故障侧电流清除慢等问题,该文提出一种考虑二次限流的混合式直流限流断路器拓扑(Secondary Current Limiting Hybrid DC Circuit Breaker,SCL-HDCCB),通过在换流前后分别设计限流回路,大大降低了电力电子开关的切断压力,并设计旁路泄能回路,实现了故障侧能量的快速泄放。文中首先通过理论分析确定了开关器件开断时间和关键器件参数,然后在基于PSCAD/EMTDC的四端直流电网模型中进行了仿真,验证了该直流断路器方案的正确性和可行性。

基于PMOS的自取电直流固态断路器

相比传统机械式断路器,固态断路器(solid-state circuit breaker,SSCB)以其分断速度快、不产生电弧等优点,在直流电网中得以广泛关注。然而,固态断路器基于半导体开关器件,除功率电路外还需要额外的控制和驱动电路,这部分电路工作需要外接供电电源,提高了系统复杂程度,特别是在电网自身故障时,供电电源也可能不稳定,降低了固态断路器的可靠性。为此,提出了一种基于PMOS的自取电直流固态断路器,并分别通过仿真与实物样机证明了本固态断路器的可行性与有效性。实验结果表明,所提固态断路器在正常导通时,PMOS处于完全开通状态,不影响线路正常工作时的电压;在直流系统发生短路故障时,利用短路电流耦合能量在无需额外供电电源的前提下使得PMOS可靠关断,提升了系统的稳定性与可靠性,可以应用于直流微电网或者电池储能等场合,具有较好的应用前景。

含直流断路器的柔直配电网过电压与绝缘配合

随着分布式能源的不断应用与普及,直流配电必将成为未来配用电系统的主流形式。作为一种新型的配电系统,柔直配电的过电压与绝缘配合亟须进一步研究和完善,中压直流断路器的加入也导致了系统的操作过电压暂态特性发生了根本变化,须对含直流断路器的柔直配电网操作过电压分布特性及绝缘配合展开分析。首先,构建了±10 kV环网型柔直配电网的电磁暂态仿真模型,设计了基于含直流断路器的保护动作方案;其次,基于保护动作方案,对±10 kV环网型柔性直流配电系统进行操作过电压的仿真分析,得到其幅值的水平空间分布特性和关键位置最大过电压的决定性工况,并提出±10 kV环网型柔性直流配电系统的绝缘配合方案;最后,对直流断路器动作影响下直流电缆护套的暂态感应过电压展开仿真分析。研究表明,直流断路器的加入提高了直流配电网的可靠性和灵活性,避雷器和电缆金属护层保护器的布置方案也得到进一步的优化,对环网型柔直配电网的绝缘配合方案设计有较大意义。

多电飞机断路器电弧机理及灭弧技术研究综述

多电飞机指次级功率从机械能、液压能、气压能等传统的多能源体制统一为电能体制的飞机,具有系统结构简单、可靠性高、可维护性高和能源利用率高等优点,其电力系统最先进的架构为360~800 Hz变频交流电源和270 V直流电源,目前已在空客A380、波音B787、F-22等多电飞机中应用.但随着用电功率的增加,多电飞机的配电、用电网络以及线缆布局将变得更复杂,发生短路等电气故障的概率明显加大.故障电流产生的电弧不仅严重影响线缆和用电设备的寿命、可靠性和安全性,还将限制航空电力系统扩容和飞行性能提升.多电飞机断路器是灭弧的关键器件,通过分析断路器中电弧放电过程的复杂机理,可有助于提升其灭弧性能.为深入推进多电飞机电力系统中断路器电弧理论与灭弧技术研究的开展,首先分析了民用和军用多电飞机电力系统的结构以及电气故障保护的难点,然后分别归纳了航空变频交流断路器和270 V直流断路器中电弧理论与灭弧技术的研究现状,最后预测了未来航空保护电器灭弧技术的发展趋势.

基于PLC的ABB断路器控制程序设计

第二代舰船综合电力系统输配电分系统采用中压直流供电方式,是舰船动力系统发展的趋势。而直流主网短路时,短路电流上升速度快,短路电流大,因此要求直流主网断路器有较强的分断能力。针对现有的支持中压直流、四遥功能的ABB断路器,本文设计基于PLC的断路器控制程序,实现断路器的实时监测、通断控制及整定值/延时时间的自动修改。通过试验调试,基于博途软件搭建的上位机监控界面实现了断路器的实时监测与控制,满足综合电力系统控制需要。

基于广义H桥电路的混合式直流断路器

基于多端直流电网快速发展的现状,针对直流故障清除问题,提出了一种基于广义H桥电路的高压混合式直流断路器。利用H桥结构电流双向流动的特点,将转移开关和主断部分以二极管H桥的形式实现复用,并且取消了常见的反并联二极管,在保证直流故障处理能力不变的前提下,所需IGBT(绝缘栅双极型晶体管)数量大幅减少。为了验证基于广义H桥电路的混合式直流断路器及其故障隔离方法的有效性,在PSCAD/EMTDC平台搭建了四端直流电网测试系统,仿真验证了其可行性。同时将本方案和其他方案进行了拓扑、器件成本方面的对比,结果表明本方案具有良好的经济性。

基于柔性限流器的直流配电网继电保护研究

为了提高直流配电网线路故障诊断能力,提高电路保护能力,提出多端柔性直流配电网继电保护策略,使用到的限流设备主要有MMC换流器、DC-DC换流器、直流断路器、故障限流器、直流钳压器和潮流控制器等。并对传统的潮流控制器进行改进,加入了故障限流和断路功能,利用模量分量进行解耦处理分析电气量特征,进行判断故障线路启动保护方案。仿真实验结果显示,该研究保护策略故障电流不超过6 kA,短路电流在0.005 s内快速低落到0,经过电流抑制后故障电流幅值降低了58.75%。

基于新型柔性故障限流器的多端直流配电网故障隔离策略

针对多端直流系统故障电流峰值高、上升速度快以及无法保证非故障区域供电可靠性的问题,提出一种适用于中高压配电网的级联式新型柔性故障限流器与机械式直流断路器协同作用的故障隔离策略。首先通过微分欠压保护触发柔性故障限流器,实现极间电压箝位效果,抑制故障电流,提高直流系统故障隔离后的动态恢复特性。其次依据直流断路器的分断速度,实现故障限流器动作时间的灵活设置。利用断路器方向纵联保护信号保证故障区域换流站侧故障限流器的持续作用,直至直流断路器动作隔离故障。该策略还可避免换流站闭锁,降低断路器分断速度与开断容量要求,延长断路器使用寿命,提高系统供电可靠性。最后,在MATLAB/Simulink中搭建四端中压配电网模型,并通过仿真验证故障限流器的效果以及所提策略的可行性。

模块级联多端口混合式直流断路器研究

高压直流断路器是解决多端及直流电网故障快速隔离的有效方式,近年来发展迅速,国际上完成了多种技术路线样机开发与工程应用。混合式高压直流断路器是当前主流技术路线,因采用大量全控器件,利用率低、成本较高,制约了其在直流电网中规模化应用。该文针对直流电网中多直流出线应用场景,基于模块级联技术提出一种多端口混合式直流断路器拓扑,阐述其在典型系统故障工况下动作原理,完成核心部件电气应力数值分析与设计,仿真研究所提方案在四端直流电网应用性能,完成与现有技术对比分析,论证所提出多端口组合开断方法可行性与实用性,为高压直流断路器技术经济性能提升提供解决方法,推动高压直流断路器在直流电网中更为广泛应用。

无人值班变电站直流电源断路器全选择性配置及遥控开关配置研究

根据直流电源系统的接线结构,分析各级断路器的配合情况,根据业内新产品的特点进行断路器的选型配置,实现了直流电源系统保护断路器的全选择性配合。通过实现直流电源系统保护断路器全选择性配合和遥控主备回路开关,可缩小停电范围,隔离故障,恢复供电,有利于无人值班变电站的安全稳定运行。

某超算中心电气设计方案

回顾某超算中心的电气设计方案,重点介绍在满足超级计算机计算需求的前提下,综合考虑供电可靠性、安装空间、拓展灵活性、操作运维便捷性等因素,供配电系统设计、机房布置和层高分析、不间断电源系统(UPS)的配置、直流断路器的选择过程。

电网故障信息可视化故障告警分析及诊断

为了提高电网故障的快速诊断能力,减轻故障对电网造成的损害,建立电网故障告警分析诊断系统,应用可视化服务引擎和动态模型,将系统采集的电网故障信息进行可视化显示。设计的柔性多端口直流断路器,由多个双极性晶体管和快速机械开关组成,利用电容的充电效应缓解故障电流带来的冲击。基于贝叶斯网络构建故障诊断模型,根据发生故障后电力设备动作信息的时序关系,计算可疑故障元件的故障概率。搭建仿真实验环境进行测试,实验结果显示该系统计算出的概率最高可达到99.8%,并且能够有效显示故障线路的电流电压。

直流配电系统保护技术研究综述

直流配电系统适用于分布式电源多点接入,可促进直流家电和"直流生态住宅"的发展,是配电领域新的发展方向。继电保护技术是直流配电系统发展的关键技术之一,目前尚处于起步阶段,亟需深入研究。该文旨在系统地介绍国内外直流配电系统保护技术的研究状况。介绍了目前直流配电领域的三种保护设备,总结直流配电领域保护的研究现状,包括地铁、舰船直流配电的保护和直流配电系统的保护;重点介绍了直流配电系统故障定位和隔离,以及典型直流配电系统的整体保护配置方案。指出了目前直流配电系统保护亟需解决的关键问题和未来的发展方向。