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。

基于IGBT复合模型的直流断路器瞬态特性研究

随着高压直流输电和直流电网技术的发展,研究可靠性高、经济性好的直流断路器变得越来越迫切。然而在目前关于直流断路器拓扑的研究中,采用的大都是IGBT理想开关模型,忽略了开关过程中IGBT的瞬态电气特性,从而无法得到足够精确的结果。首先介绍了基于二极管桥式子模块级联的混合式直流断路器的分断过程,然后对其分断期间的瞬态电气特性进行了理论分析,之后对比IGBT的两种模型并建立了精确的IGBT复合模型,最后在Simulink上搭建直流断路器故障分断仿真平台,并分别采用基于IGBT复合模型与理想模型的直流断路器进行仿真。仿真结果表明,IGBT复合模型能反映出器件微秒级开断特性,与理想模型相比,对直流断路器分断瞬态电气特性的仿真结果更加精确。采用IGBT复合模型有助于深入研究直流断路器瞬态电气特性。

一种基于直流断路器两端电压的混合级联多端直流输电断路器自适应重合闸方法

混合级联多端直流输电技术是未来特高压直流输电的重要发展方向之一,其重合闸策略是关系到直流系统能否可靠运行的重要因素。首先分析了混合级联多端直流输电直流线路故障特征,进而研究了组合式直流断路器在混合级联多端直流输电中的应用,在此基础上提出了基于直流断路器两端电压的直流断路器自适应重合闸方法,并在PSCAD/EMTDC上搭建含有组合式直流断路器的混合级联多端直流输电典型模型,对重合闸策略进行了验证。

基于级联全桥型直流断路器的直流配电网自适应重合闸方案

柔性直流配电网是配电系统的重要发展方向,可以采用电缆和架空线2种方式组网。鉴于架空线路瞬时性故障多发的特点,基于架空线的柔性直流配电网应配备有效的自适应重合闸方案,以提高供电可靠性。为实现这一目标,从断路器线路端电压与电流的相位差异特征出发,提出一种基于级联全桥型直流断路器控制的自适应重合闸方案。首先,通过断路器转移支路的主动控制产生一定频率的故障检测电压;进而,根据断路器线路端电压电流在对应频率下相位特征的差异,区分瞬时性和永久性故障,并进一步分析了过渡电阻等因素的影响;最后,利用PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了柔性直流配电网模型,验证了所提自适应重合闸方案的可行性和有效性。

500 kV直流断路器隔离供能系统均压设计

为解决向500 kV直流断路器提供能量的难题,该文提出一种工频电磁供能系统,采用直流500 kV隔离变压器将能量传输至所处直流母线电位的断路器平台,再通过平台上的隔离变压器将能量传输至断路器内部不同电位点功率单元处。直流500 kV隔离供能变压器由10级50 kV变压器级联而成,平台上隔离变压器由8级50 kV级联而成。变压器自身固有分布电容导致供能系统内部变压器承受电压不均匀,从而造成变压器绝缘击穿,致使供能系统故障。首先,提取了直流500 kV隔离供能变压器及平台上隔离变压器分布电容参数;然后,依据提取的分布参数,完成了供能系统均压设计;最后,通过两种仿真分析方法验证均压参数配置的正确性。研究结果表明:供能系统中直流500 kV隔离供能变压器采用8 nF电容与200 MΩ电阻并联的均压方式,平台上变压器采用200 MΩ电阻的均压方式,可满足500 kV高压直流断路器运行要求。该研究可高压为直流断路器供能设计提供参考。

适用于直流断路器的IEGT并联开断技术

为提高直流断路器的短路电流开断能力,基于耦合负压型混合式直流断路器给出一种电子注入增强栅晶体管(IEGT)并联开断技术方案。首先给出电力电子开关的拓扑结构和工作原理;然后分析杂散电感对电力电子开关并联开断能力的影响,提出层叠母排方案进行杂散电感的优化;接着分析IEGT驱动对电力电子开关并联开断能力的影响,非对称结构会导致器件关断不一致,可通过调整驱动电容、驱动电阻等参数尽量减小两个器件关断的不同期性;最后,对应用于张北柔性直流输电工程中的电力电子开关进行25 kA大电流并联开断试验,其能够在3 ms以内关断25 kA电流。该研究可指导直流断路器的结构和参数设计,为后续直流断路器的开发提供参考。