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。

一种具备限流能力的多端口直流断路器

高压直流故障限流器(fault current limiter,FCL)及断路器(DC circuit breaker,DCCB)在直流电网保护中具有重要作用。该文提出一种具备限流能力、通态损耗低、主限流电路采用晶闸管器件的多端口直流断路器(multiport DC circuit breaker,Mp-DCCB),分阶段对新型拓扑的限流过程及断路过程进行理论解析。分析电压电流应力、避雷器耗能与Mp-DCCB关键参数的关系,给出Mp-DCCB参数设计方法。对所提Mp-DCCB的限流和断路能力进行仿真验证,证明Mp-DCCB可代替多个常规DCCB,并减少对避雷器的耗能要求。

适用于柔性直流电网的新型多端口混合式直流断路器

混合式直流断路器(HCB)是柔性直流电网直流侧故障隔离的优选方案,但是HCB高成本限制了其大规模应用的可行性,此外架空线路较高的故障概率要求HCB具备自适应重合闸功能。为此,提出了一种适用于柔性直流电网的新型多端口HCB,分别给出了其在故障隔离和自适应重合闸阶段的控制策略,详细分析了其工作原理和内部动态过程并推导了关键参数的设计方法。不同工况下的电磁暂态仿真和物理实验结果表明,该直流断路器能够通过多条直流线路共用昂贵的主断开关大幅降低制造成本,通过旁路故障线路及其上的限流电抗器降低避雷器的耗能时间和容量需求,并且具备控制简单、易于实现的自适应重合闸功能。