混合式高压直流断路器运行试验方法研究

发布时间：2020-11-14 03:09

　　混合式高压直流断路器作为电力电子技术领域新型的高端电力装备,其工作原理和运行工况均有别于传统的交流断路器或中低压应用领域的直流断路器,迄今为止其电气试验尚没有可以参照的国际或国家标准。为验证混合式高压直流断路器设计的合理性和正确性,准确反映断路器电、热与机械等性能,开展混合式高压直流断路器运行试验方法研究迫在眉睫。本文在深入地研究直流断路器运行试验相关理论基础上,对混合式高压断路器运行特性和应力特性进行了解析。进而,基于断路器拓扑和应力参数,建立了混合式高压断路器系统级和器件级数学模型,并对毫秒级分断过程和微秒级换流过程相关应力特性及其影响因子进行研究,论证了整机应力和部件应力之间耦合关系。然后,根据应力特性和数学的研究结论,提出了混合式高压断路器运行试验成套方案,并详论述了最核心的分断试验方法,按照试验方案进行的试验其结果验证了仿真电路和数学分析的准确性。最后,提出了混合式高压断路器运行试验的等效性评价方法。本文从直流分断原理、混合式高压直流断路器功能材料基础、混合式高压直流断路器关键器件基础和混合式高压直流断路器电路拓扑基础四个递进层次,分析了混合式高压直流断路器实现能量终止和吸收功能实现的原理,提出了针对混合式高压直流断路器这两点特征功能考核的物理基础,为混合式高压直流断路器试验研究奠定了基础。本文在断路器拓扑和分断运行分析的基础上,详细研究了混合式高压直流断路器毫秒级分断全过程和微秒级换流过程相关应力特性,并论述了两种时间尺度暂态过程之间的联系,论证了毫秒级分断过程和微秒级换流过程相关应力特性及其影响因子。本文搭建了混合式高压直流断路器的PSCAD/EMTDC系统级运行数字仿真电路和器件级运行数字仿真电路,验证了关于混合式高压直流断路器毫秒级分断相关整机应力和微秒级换流相关部件应力规律,以及这两层应力特性之间的内在联系。本文提出了混合式高压直流断路器运行试验框架,提出了分别基于LC振荡电源、基于小电容恒压源以及基于大电感恒流源的三种分断试验方法,并在此基础上,构建了单源试验、双源合成试验、三源合成试验三种分断试验方案。此外,在实验室建设了混合式高压直流断路器运行试验装置,成功完成了 200kV混合式高压直流断路器整机分断试验、部件试验和500kV混合式高压直流断路器重合闸试验。本文提取了混合式高压直流断路器型式试验等效性评价方法的核心,即具备工程实践意义的断路器应力等同关键参数。本文建立了基于整机应力和部件应力核心参数以及核心参数之间独立性和相关性联系的等效性评价方法,该方法能够正确评估断路器型式试验的等效性。本文结论可指导混合式高压直流断路器电气结构和试验系统的设计,指导断路器运行试验装置设计与验证,助力断路器工程推广与应用。
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM561
【部分图文】：

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直流断路器虽然开断速度块，但通流损耗大、设备成本高。混合式高压直流断路器??综合了两者的优点，兼具无弧、有触点双特征优势，结合了机械开关良好的静态特??性和电力电子器件良好的动态性能［９１＃］。根据集合示意图１－２，可知混合式高压直??流断路器的两个区别于其他类型断路器的根本特征是：??（１）

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第１章绪论??原先辐射馈线式供电模式转变为环网手拉手的柔性互联供电模式，供电可靠性和灵??活性大幅提升，其中最大送端站为４００ＭＷ／±２００ｋＶ?（如图１－３所示），这是目前世??界上端数最多的多端柔性直流输电工程。工程于２０１４年７月投入运行，是我国乃??至世界范围内直流输电网络发展历程中的重要标志之一。２０１６年，国家电网公司研??制的２００ｋＶ级联全桥混合式直流断路器在舟山五端柔性直流电网系统定海站应用??［１０１－１０４］??〇??洋山站?泗礁站??－?圈?：５??直流断路器?Ｉ?’??ｈｓ，?－｜?ｒ?１??定海站?＾?：??！〇－｜?：福丨??岱山站?衝山站??图１－３舟山五端柔性直流输电示范工程主接线图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｉｌｌｕｓｔｉｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｚｈｏｕｓｈａｎ?５－ｔｅｒｍｉｎａｌ?ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ?ｐｒｏｊｅｃｔ??（２）张北四端柔直电网工程??为加快推动张北地区千万千瓦级可再生能源的汇集和外送，国家电网公司决策??开展张北可再生能源±５００ｋＶ柔性直流电网示范工程（简称“张北柔直工程”）建??设，并支持更高电压等级、更大容量柔性直流输电技术和装备研发。该工程建成后，??将有效提升张北地区大规模可再生新能源的并网和消纳能力，充分体现柔性直流电??网技术的先进性和安全性［ｌ＆ｍ９１。??张北柔直工程是世界首个直流电网工程，在世界范围内第一次构建了输送大??规模风电、光伏、抽蓄等多种能源的四端环形柔性直流电网。工程于２０１８年初开??工

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