高压直流断路器瞬态电气特性与快速重合闸研究
发布时间：2022-01-08 13:34
随着能源革命深入推进,基于电压源换流器的柔性直流输电（VSC-HVDC）技术一直是近些年国内外的研究热点,国内也在稳步推进多端口、大容量、高电压等级的柔性直流输电示范工程建设,这使得其保护策略的研究得到了更多的关注。高压直流断路器可以灵活可靠地切除特定的故障线路,是柔性直流输电系统直流侧故障保护的最佳方案,在未来的工程实践中具备广阔的发展潜力和应用前景。高压直流断路器的两条主要技术路线是基于人工过零的机械式方案与基于电力电子器件的混合式方案,当前的研究热点是围绕这两条路线提出性能更好、成本更低的拓扑方案,但除此之外仍存在较多的研究方向有待探讨。直流断路器分断过程包括毫秒级分断全过程和微秒级换流过程,现有研究较少深入断路器的分断细节,关于这两种时间维度下瞬态电气特性的研究尚不充分。针对此问题,本文首先研究了混合式高压直流断路器分断过程的毫秒级瞬态电气特性,以模块化混合式直流断路器为研究对象,介绍了其应用优势、拓扑结构和工作原理,并建立等效研究平台对其故障分断过程展开理论分析,最终得到了由分阶段数学理论表达式组成的毫秒级瞬态电气特性的数学模型。在其基础上,本文深入微秒级换流过程中,先后研究...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１髙压直流断路器的两条主要技术路线??基于人工过零的机械式方案又被称为零电流型方案，其主要特点是由ＬＣ??“
第１章绪论??丨雜ｔ路?ｆ氧化锌避雷器１??丨Ｕ路?ｆ快速机械开关￣?Ｉ?￣￣??ｎ＾?Ｉ??????—??〇－主通辦［真空开关１?＿＿ｆ电力电子开关｝＿?１?—〇??换流支路??＇ｌ?耗能支路?????ＬＣ振荡电路???氧化锌避雷器????＾?Ｖ?／??（ａ）基于人工过零的机械式方案?（ｂ＞基于电力电子器件的混合式方案??图１－１髙压直流断路器的两条主要技术路线??基于人工过零的机械式方案又被称为零电流型方案，其主要特点是由ＬＣ??振荡电路产生反向电流，在主通流支路上形成电流过零点，使真空开关在“零电??流”条件下关断。??２０１３年底建成投运的南澳±１６０ｋＶ三端柔性直流工程是世界首个多端柔性??直流输电工程，其在后来加装直流断路器时选择了零电流型方案。文献［４１］对机??械式直流断路器的拓扑进行了详细分析，并通过仿真手段研究了加装方案的关键??技术参数。文献［４２］提出了一种基于耦合电抗器的机械式直流断路器结构方案，??并基于南澳系统进行仿真，说明了这种方案可有效降低电容绝缘压力，提高经济??性。文献［４３］将这种拓扑在南澳三端柔性直流工程中进行试验，验证了拓扑结构??的可靠性。??基于电力电子器件的混合式方案又被称为零电压型方案其主要特点是??依靠不同的换流方式，将故障电流换流至转移支路，转移支路的低压降使得机械??开关在一种近似“零电压”条件下关断。文献［４４］将换流方式总结为四类：自然??换流，阻抗型强制换流，电源Ｉ型强制换流，电源ＩＩ型强制换流，如图１－２所示。??１?｜?，二?Ｖｙ—?｜?｜Ｔ＂??１Ｌａ＿??（ａ）自然换流?（ｂ）?１
第２章混合式高压直流断路器分断过程的毫秒级瞬态电气特性分析??＾?ＩａｓｍＩ???ＦＭＳ????②????????〇?——?ＳＭ?——ＳＭ?ＳＭ?〇??ＭＯＶ??＾?ｒＳ???＿７??图２－１?ＭＨ－ＤＣＣＢ的拓扑结构示意图???表２－１?ＭＨ－ＤＣＣＢ支路部件说明表???序号支路名称简写?英文含义?中文名称??ＦＭＳ?Ｆａｓｔ?Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?Ｓｗｉｔｃｈ?快速机械开关??①?主支路??ＡＳＭ?Ａｕｘｉｌｉａｒｙ?Ｓｕｂ?Ｍｏｄｕｌａｒ?辅助子模块??②?转移支路?ＳＭ?Ｓｕｂ?Ｍｏｄｕｌａｒ?子模块??③?泄能支路?ＭＯＶ?Ｍｅｔａｌ?Ｏｘｉｄｅ?Ｖａｒｉｓｔｏｒ?金属氧化物压敏电阻??由图可知，ＭＨ－ＤＣＣＢ由主支路、转移支路和耗能支路等三条支路并联组成。??其中，主支路由快速机械开关（ＦＭＳ）和辅助换流子模块（ＡＳＭ）串联构成，为正常??运行时的通流支路；转移支路由大量子模块（ＳＭ）级联构成，是ＭＨ－ＤＣＣＢ实现??电流关断能力的核心部分；耗能支路由避雷器（ＭＯＶ）构成，用于吸收直流系统中??感性元件储存的能量和抑制分断过电压。??为了适应双向电流开断并更加容易地实现ＩＧＢＴ均压均流，ＭＨ－ＤＣＣＢ引入??了“子模块”的概念，由于其为桥式结构，因此又被称为“桥式子模块”，另外??还可称为“桥式半导体”、“半导体组件”，其表示的应是同一事物。主支路的ＡＳＭ??和转移支路的ＳＭ同为子模块，仅是在不同应用场景下实现了不同功能，前者是??强迫电流从主支路换流到转移支路，后者是实现电流的关断（或者说从转移支路??换流到泄能支路）．ＡＳＭ仅需
【参考文献】：
期刊论文
[1]模块化混合式高压直流断路器研究与应用[J]. 魏晓光,周万迪,张升,汤广福,贺之渊,高冲. 中国电机工程学报. 2020(06)
[2]500 kV耦合负压换流型混合式直流断路器原理与研制[J]. 张翔宇,余占清,黄瑜珑,陈政宇,屈鲁,曾嵘,杨悦民,肖风良. 全球能源互联网. 2018(04)
[3]机械式高压直流断路器工程应用研究[J]. 陈名,黎小林,许树楷,张祖安,李岩,饶宏,何俊佳,李艳林. 全球能源互联网. 2018(04)
[4]阻容式直流断路器及其在柔直系统中的应用[J]. 王渝红,王媛,曾琦,刘程卓. 高电压技术. 2019(01)
[5]基于耦合负压回路的混合式直流断路器研究[J]. 程铁汉,贾娜,钟建英,高树同,冯健,卢敬伟. 南方电网技术. 2018(02)
[6]IGBT串联阀混合式高压直流断路器分断应力分析[J]. 丁骁,汤广福,韩民晓,高冲,王高勇. 中国电机工程学报. 2018(06)
[7]耦合型机械式高压直流断路器设计及仿真[J]. 陈名,徐惠,张祖安,黎小林,饶宏,袁召. 高电压技术. 2018(02)
[8]高压直流断路器在舟山柔直工程中的应用[J]. 裘鹏,黄晓明,王一,陆翌,陈骞,许烽. 高电压技术. 2018(02)
[9]新型直流断路器拓扑及在多端柔直工程中的仿真研究[J]. 卫思明,张森,黄永章. 智慧电力. 2017(11)
[10]基于新型全桥变换器的高压直流断路器研究[J]. 唐良义. 电力电子技术. 2017(10)
博士论文
[1]混合式高压直流断路器运行试验方法研究[D]. 丁骁.华北电力大学(北京) 2018
[2]微网混合式直流断路器电流转移理论及应用研究[D]. 黄金强.大连理工大学 2018
硕士论文
[1]直流断路器短路开断仿真与实验研究[D]. 孙攀磊.大连理工大学 2016
本文编号：3576648
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１髙压直流断路器的两条主要技术路线??基于人工过零的机械式方案又被称为零电流型方案，其主要特点是由ＬＣ??“
第１章绪论??丨雜ｔ路?ｆ氧化锌避雷器１??丨Ｕ路?ｆ快速机械开关￣?Ｉ?￣￣??ｎ＾?Ｉ??????—??〇－主通辦［真空开关１?＿＿ｆ电力电子开关｝＿?１?—〇??换流支路??＇ｌ?耗能支路?????ＬＣ振荡电路???氧化锌避雷器????＾?Ｖ?／??（ａ）基于人工过零的机械式方案?（ｂ＞基于电力电子器件的混合式方案??图１－１髙压直流断路器的两条主要技术路线??基于人工过零的机械式方案又被称为零电流型方案，其主要特点是由ＬＣ??振荡电路产生反向电流，在主通流支路上形成电流过零点，使真空开关在“零电??流”条件下关断。??２０１３年底建成投运的南澳±１６０ｋＶ三端柔性直流工程是世界首个多端柔性??直流输电工程，其在后来加装直流断路器时选择了零电流型方案。文献［４１］对机??械式直流断路器的拓扑进行了详细分析，并通过仿真手段研究了加装方案的关键??技术参数。文献［４２］提出了一种基于耦合电抗器的机械式直流断路器结构方案，??并基于南澳系统进行仿真，说明了这种方案可有效降低电容绝缘压力，提高经济??性。文献［４３］将这种拓扑在南澳三端柔性直流工程中进行试验，验证了拓扑结构??的可靠性。??基于电力电子器件的混合式方案又被称为零电压型方案其主要特点是??依靠不同的换流方式，将故障电流换流至转移支路，转移支路的低压降使得机械??开关在一种近似“零电压”条件下关断。文献［４４］将换流方式总结为四类：自然??换流，阻抗型强制换流，电源Ｉ型强制换流，电源ＩＩ型强制换流，如图１－２所示。??１?｜?，二?Ｖｙ—?｜?｜Ｔ＂??１Ｌａ＿??（ａ）自然换流?（ｂ）?１
第２章混合式高压直流断路器分断过程的毫秒级瞬态电气特性分析??＾?ＩａｓｍＩ???ＦＭＳ????②????????〇?——?ＳＭ?——ＳＭ?ＳＭ?〇??ＭＯＶ??＾?ｒＳ???＿７??图２－１?ＭＨ－ＤＣＣＢ的拓扑结构示意图???表２－１?ＭＨ－ＤＣＣＢ支路部件说明表???序号支路名称简写?英文含义?中文名称??ＦＭＳ?Ｆａｓｔ?Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?Ｓｗｉｔｃｈ?快速机械开关??①?主支路??ＡＳＭ?Ａｕｘｉｌｉａｒｙ?Ｓｕｂ?Ｍｏｄｕｌａｒ?辅助子模块??②?转移支路?ＳＭ?Ｓｕｂ?Ｍｏｄｕｌａｒ?子模块??③?泄能支路?ＭＯＶ?Ｍｅｔａｌ?Ｏｘｉｄｅ?Ｖａｒｉｓｔｏｒ?金属氧化物压敏电阻??由图可知，ＭＨ－ＤＣＣＢ由主支路、转移支路和耗能支路等三条支路并联组成。??其中，主支路由快速机械开关（ＦＭＳ）和辅助换流子模块（ＡＳＭ）串联构成，为正常??运行时的通流支路；转移支路由大量子模块（ＳＭ）级联构成，是ＭＨ－ＤＣＣＢ实现??电流关断能力的核心部分；耗能支路由避雷器（ＭＯＶ）构成，用于吸收直流系统中??感性元件储存的能量和抑制分断过电压。??为了适应双向电流开断并更加容易地实现ＩＧＢＴ均压均流，ＭＨ－ＤＣＣＢ引入??了“子模块”的概念，由于其为桥式结构，因此又被称为“桥式子模块”，另外??还可称为“桥式半导体”、“半导体组件”，其表示的应是同一事物。主支路的ＡＳＭ??和转移支路的ＳＭ同为子模块，仅是在不同应用场景下实现了不同功能，前者是??强迫电流从主支路换流到转移支路，后者是实现电流的关断（或者说从转移支路??换流到泄能支路）．ＡＳＭ仅需
【参考文献】：
期刊论文
[1]模块化混合式高压直流断路器研究与应用[J]. 魏晓光,周万迪,张升,汤广福,贺之渊,高冲. 中国电机工程学报. 2020(06)
[2]500 kV耦合负压换流型混合式直流断路器原理与研制[J]. 张翔宇,余占清,黄瑜珑,陈政宇,屈鲁,曾嵘,杨悦民,肖风良. 全球能源互联网. 2018(04)
[3]机械式高压直流断路器工程应用研究[J]. 陈名,黎小林,许树楷,张祖安,李岩,饶宏,何俊佳,李艳林. 全球能源互联网. 2018(04)
[4]阻容式直流断路器及其在柔直系统中的应用[J]. 王渝红,王媛,曾琦,刘程卓. 高电压技术. 2019(01)
[5]基于耦合负压回路的混合式直流断路器研究[J]. 程铁汉,贾娜,钟建英,高树同,冯健,卢敬伟. 南方电网技术. 2018(02)
[6]IGBT串联阀混合式高压直流断路器分断应力分析[J]. 丁骁,汤广福,韩民晓,高冲,王高勇. 中国电机工程学报. 2018(06)
[7]耦合型机械式高压直流断路器设计及仿真[J]. 陈名,徐惠,张祖安,黎小林,饶宏,袁召. 高电压技术. 2018(02)
[8]高压直流断路器在舟山柔直工程中的应用[J]. 裘鹏,黄晓明,王一,陆翌,陈骞,许烽. 高电压技术. 2018(02)
[9]新型直流断路器拓扑及在多端柔直工程中的仿真研究[J]. 卫思明,张森,黄永章. 智慧电力. 2017(11)
[10]基于新型全桥变换器的高压直流断路器研究[J]. 唐良义. 电力电子技术. 2017(10)
博士论文
[1]混合式高压直流断路器运行试验方法研究[D]. 丁骁.华北电力大学(北京) 2018
[2]微网混合式直流断路器电流转移理论及应用研究[D]. 黄金强.大连理工大学 2018
硕士论文
[1]直流断路器短路开断仿真与实验研究[D]. 孙攀磊.大连理工大学 2016
本文编号：3576648
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