一种限流型混合直流断路器拓扑

针对目前大多数混合直流断路器不具备限流功能且造价过高的问题,提出一种低成本限流型混合直流断路器。当故障发生后,并联在两侧的高速机械开关(ultra-fast disconnector, UFD)断开,电容C充电完成后断开两侧支路,电路由并联转为串联。随后,短路电流降低为单个支路电流,电感串联可限制电流的增长速度。IGBT阀组通过二极管桥式电路连接来实现双线关断,可减少绝缘栅双极晶体管(IGBT)数量。在相同参数下进行仿真计算,和传统的断路器相比IGBT使用数量降低83%。最后通过PSCAD/EMTDC和实验平台验证此拓扑的有效性。

基于换流站节点类型的直流断路器配置方法

直流电网是应对远距离大容量输电、新能源并网及消纳等问题的有效手段,然而低阻尼特性、故障发展速度快的特点使得故障隔离困难,提升直流电网故障清除能力具有重要意义。文中基于电网中直流断路器的配置要求,提出了一种基于换流站节点类型的直流断路器配置方法,介绍了不同故障情形时该配置方法中直流断路器的动作时序、重合闸策略,并分析了输电线路保护判据及与换流站协调配合的措施。在PSCAD/EMTDC中搭建三端混合仿真模型,对文中所提配置方法与传统的配置方法下的故障进行仿真对比分析,仿真结果表明,所提配置方法能够快速隔离高压直流电网中的故障,减少停电范围,提高供电可靠性,可作为实际系统的一种可行方案。

新型组合式直流断路器拓扑及其性能分析

基于强迫换流原理的混合式直流断路器具有速动性良好、可低损耗经济运行的优点,但应用于大规模的柔性直流电网时造价高、经济性差。组合式直流断路器的拓扑,通过在换流站对应的每条母线上仅采用一个昂贵的主断部分,可以有效降低断路器的一次造价,但现有的组合式断路器在任一线路故障动作时存在主断开关接地过程,同时不具备对快速机械开关的失灵保护功能。为此,提出一种新型的组合式直流断路器拓扑,分别分析了其在正常运行时分闸、合闸,线路故障时分闸、重合闸与快速机械开关失灵时动作过程的工作原理,同时对新型组合式直流断路器拓扑的可靠性、适应性等问题进行了分析并给出相应的应对策略。最后在PSCAD/EMTDC软件上对所提组合式断路器的性能进行了仿真分析与验证。

110 kV快速SF6机械隔离开关断口的优化设计

针对混合式高压直流断路器工况的特殊要求,该文设计了一种110 kV快速机械隔离开关的新型断口。该断口是以SF6气体作为绝缘介质,并采用平板对接式的触头结构。通过优化动静触头的位置,可以缩短动触头导电杆长度,减小运动部件质量,从而满足快速机械开关在快速分合闸上的要求。为了紧凑化设计复合套管,并减小隔离开关的大小,通过仿真电场分布情况来优化复合套管的内径参数。最后,为了使触头结构具有更好的绝缘能力,设计了一种双圆弧组合形状作为触头结构,并使用下降法对触头的结构参数进行优化。该研究成果为混合式直流断路器向高电压等级发展提供了技术支持。

适用于高压直流电网的直流开关场

基于电流转移原理的混合式直流断路器在应用于多线路的高压直流电网时一次建设成本过高,经济性差,而共用＂主断开关＂的直流开关场则是解决上述问题的有效途径。不同的直流开关场拓扑具有不同的特点,对其进行归纳、分析和比较将有助于加深对直流开关场拓扑的认识并为工程应用中的选型提供指导。为此根据电流转移方式将现有直流开关场分为3类：选择转移型、单转移型和全转移型,并对3类直流开关场的拓扑结构和工作原理分别进行介绍,归纳了未来高压直流电网对直流开关场的基本要求,对各类直流开关场重合闸功能、对快速机械开关的失灵保护功能、动作复杂程度、经济性进行了对比分析,进而得出结论：现阶段全转移型直流开关场是高压直流电网最有应用前景的直流开关场。最后还给出了适用于高压直流电网的直流开关场的相关研究建议。

一种阻容型限流式直流断路器拓扑及其在直流电网中的应用

架空线直流电网直流故障的快速隔离和清除问题是直流电网快速发展面临的关键技术瓶颈,而目前大多数高压直流断路器都无法兼具限流及断路作用。为此,该文提出一种阻容型限流式直流断路器拓扑,同时通过超快速隔离开关并联的设计提出适用于多种故障情况下的重合闸策略,从原理上实现了稳态低电抗和暂态高限流电抗的灵活切换。该拓扑采用断路阀段和限流阀段两种模块来完成各自功能,同时充分利用全控型功率器件的快速可控性及半控型器件容量大、造价低的特点,在一定程度上降低了投资成本。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台搭建的四端直流电网模型,验证该拓扑的限流、断路、重合闸性能。

可变间隙电弧模型下特高压气体绝缘变电站快速暂态过电压的数值计算

为了更加准确地描述隔离开关操作时的电弧特性,提出了可变间隙电弧模型。以1 100 k V气体绝缘变电站(GIS)为例,利用EMTP电磁暂态程序,根据Mayer、Cassie电弧模型和气体击穿理论,详细计算了隔离开关操作时所产生的快速暂态过电压(VFTO)。并与实测数据进行对比,验证了模型的有效性。使用该模型进一步研究了隔离开关操作方式和操作速度对VFTO的影响,结果表明:隔离开关操作时,其电源侧过电压略高于负荷侧过电压值;隔离开关的操作方式对分合闸过电压幅值影响较大,可通过装设500?分闸电阻将过电压幅值限制在合理范围内;当分闸速度>1.7 m/s时,VFTO幅值可降至1.1 Up(Up为最高运行相电压峰值)以下;当合闸速度>2.5 m/s时,VFTO幅值可降至1.2 Up以下;当分闸速度<0.5 m/s或合闸速度<1 m/s时,VFTO幅值接近或达到理论最大值2.1Up,并呈现饱和状态。