一种模块级联混合式高压直流断路器拓扑结构研究
发布时间：2022-01-08 18:01
近年来,随着直流电网技术的快速发展,大规模可再生能源接入电网已成为可能,但是随着高电压、大电流电能传输要求,如何有效快速的隔离直流侧短路故障成为制约其大力发展的一个难点。直流断路器因具备可选择性的快速可靠隔离故障点,减少不必要的故障扩散及对直流系统的影响成为研究热点。目前国内外关于高压直流断路器的研究情况主要是因为其实际研制生产成本高、故障检测与识别可靠性较差,以及断路器控制策略稳定性较弱等问题,导致高压直流断路器无法广泛应用于实际直流电网工程中。为提高直流断路器性能,降低其生产成本,使得直流断路器更具工程实用性,文章对典型的直流断路器拓扑和工作原理进行对比分析,在此基础上提出一种新型限流式模块化混合直流断路器拓扑结构,主要针对转移支路的结构进行改进设计,利用二极管组及IGBT模块代替传统的IGBT串联支路,在保证断路器实现双向通流的同时,还可以减少大量的IGBT数量,降低生产成本;所设计的IGBT模块还可以解决大量IGBT串联均压困难的问题;同时为提高断路器的使用寿命,在转移支路嵌入辅助限流模块,可以保护断路器子器件免受大电流冲击,避免电抗器对系统潮流控制的影响,提高系统的安全稳定性...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
直流电网拓扑结构简图
西安建筑科技大学硕士学位论文5机械式直流断路器的分断速度及其分断能力。图1.2机械式直流断路器拓扑Fig.1.2TopologyofmechanicalDCcircuitbreakers机械式直流断路器在运行过程中，能量损耗小，状态稳定性强，但由于机械开关结构的限制，在分断故障电流产生的电弧易损坏机械开关触头，而且切除故障电流的时间长达几十毫秒，在此过程故障电流是被转移并不是分断，无法实时灵活、快速动作，为实现双向分断会使得拓扑结构变得更加复杂，因此只适用于电压等级相对较低的输电系统[20-22]，很难满足现阶段高压远距离输送电能过程的故障分断要求。（2）全固态式直流断路器随着半导体技术的不断发展，全控器件的诞生使得基于电力电子器件的全固态式直流断路器迅速发展[23]。如图1.3所示为全固态式直流断路器的拓扑结构简图，系统在正常运行状态下，电流直接通过串联的电力电子固态开关组实现电能输送，发生短路故障后，迅速关断电力电子固态开关组，此时直流断路器两端的电压，在系统存储的能量耗散作用下迅速上升至吸能支路的动作阈值，电流转移至吸能支路，快速执行动作并吸收系统能量，直至故障电流降为零，完成整个直流开断过程。图1.3全固态式直流断路器拓扑简图Fig.1.3Topologydiagramofall-solid-stateDCcircuitbreaker由于全固态直流断路器仅含有电力电子开关元件，在短路故障分断过程中，能够快速实现无弧分断，可靠性较高，分断速度也大大提高，但受限制于单个电力电子器件的耐受电压，所需的开关导通压降高、系统能量损耗大[24]，还需要一定的散热装置，对整个系统的控制要求高，而且在高压大电流系统中需要大量电
西安建筑科技大学硕士学位论文5机械式直流断路器的分断速度及其分断能力。图1.2机械式直流断路器拓扑Fig.1.2TopologyofmechanicalDCcircuitbreakers机械式直流断路器在运行过程中，能量损耗小，状态稳定性强，但由于机械开关结构的限制，在分断故障电流产生的电弧易损坏机械开关触头，而且切除故障电流的时间长达几十毫秒，在此过程故障电流是被转移并不是分断，无法实时灵活、快速动作，为实现双向分断会使得拓扑结构变得更加复杂，因此只适用于电压等级相对较低的输电系统[20-22]，很难满足现阶段高压远距离输送电能过程的故障分断要求。（2）全固态式直流断路器随着半导体技术的不断发展，全控器件的诞生使得基于电力电子器件的全固态式直流断路器迅速发展[23]。如图1.3所示为全固态式直流断路器的拓扑结构简图，系统在正常运行状态下，电流直接通过串联的电力电子固态开关组实现电能输送，发生短路故障后，迅速关断电力电子固态开关组，此时直流断路器两端的电压，在系统存储的能量耗散作用下迅速上升至吸能支路的动作阈值，电流转移至吸能支路，快速执行动作并吸收系统能量，直至故障电流降为零，完成整个直流开断过程。图1.3全固态式直流断路器拓扑简图Fig.1.3Topologydiagramofall-solid-stateDCcircuitbreaker由于全固态直流断路器仅含有电力电子开关元件，在短路故障分断过程中，能够快速实现无弧分断，可靠性较高，分断速度也大大提高，但受限制于单个电力电子器件的耐受电压，所需的开关导通压降高、系统能量损耗大[24]，还需要一定的散热装置，对整个系统的控制要求高，而且在高压大电流系统中需要大量电
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性直流电网故障保护关键技术研究综述[J]. 王渝红,傅云涛,曾琦,宋雨妍. 高电压技术. 2019(08)
[2]基于主动控制的换流器与直流断路器的协调控制[J]. 张明奇,张英敏,陈可. 电测与仪表. 2020(18)
[3]基于级联全桥型混合直流断路器的直流电网故障恢复策略研究[J]. 姚为正,张浩,吴金龙,王先为,刘欣和,行登江,郝俊芳. 高压电器. 2018(12)
[4]基于IGBT的新型混合式高压直流断路器及控制策略[J]. 陶翔,张艳霞,杨国杰,李莹. 电力系统及其自动化学报. 2018(03)
[5]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)
[6]电磁斥力机构研究综述[J]. 何俊佳,袁召,经鑫,陈立学,潘垣. 高电压技术. 2017(12)
[7]高压直流断路器技术发展与工程实践[J]. 魏晓光,杨兵建,汤广福. 电网技术. 2017(10)
[8]一种新型限流式高压直流断路器拓扑[J]. 李帅,赵成勇,许建中,郭春义. 电工技术学报. 2017(17)
[9]长控制链路延时特征下柔性直流输电系统动态性能改善方法[J]. 邹常跃,陈俊,许树楷,杨煜,李巍巍,黄润鸿. 电网技术. 2017(10)
[10]适用于直流电网的限流混合式直流断路器[J]. 李承昱,李帅,赵成勇,许建中,安婷. 中国电机工程学报. 2017(24)
博士论文
[1]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
[2]基于模块化多电平换流器的柔性直流电网故障保护策略研究[D]. 刘高任.浙江大学 2017
硕士论文
[1]双臂架构的混合型直流断路器拓扑结构及控制策略研究[D]. 姜朋.东北电力大学 2018
[2]320kV强制过零型高压直流断路器操作控制系统设计[D]. 邵敏.华中科技大学 2016
[3]高压直流断路器及其关键技术[D]. 张弛.浙江大学 2014
本文编号：3577023
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
直流电网拓扑结构简图
西安建筑科技大学硕士学位论文5机械式直流断路器的分断速度及其分断能力。图1.2机械式直流断路器拓扑Fig.1.2TopologyofmechanicalDCcircuitbreakers机械式直流断路器在运行过程中，能量损耗小，状态稳定性强，但由于机械开关结构的限制，在分断故障电流产生的电弧易损坏机械开关触头，而且切除故障电流的时间长达几十毫秒，在此过程故障电流是被转移并不是分断，无法实时灵活、快速动作，为实现双向分断会使得拓扑结构变得更加复杂，因此只适用于电压等级相对较低的输电系统[20-22]，很难满足现阶段高压远距离输送电能过程的故障分断要求。（2）全固态式直流断路器随着半导体技术的不断发展，全控器件的诞生使得基于电力电子器件的全固态式直流断路器迅速发展[23]。如图1.3所示为全固态式直流断路器的拓扑结构简图，系统在正常运行状态下，电流直接通过串联的电力电子固态开关组实现电能输送，发生短路故障后，迅速关断电力电子固态开关组，此时直流断路器两端的电压，在系统存储的能量耗散作用下迅速上升至吸能支路的动作阈值，电流转移至吸能支路，快速执行动作并吸收系统能量，直至故障电流降为零，完成整个直流开断过程。图1.3全固态式直流断路器拓扑简图Fig.1.3Topologydiagramofall-solid-stateDCcircuitbreaker由于全固态直流断路器仅含有电力电子开关元件，在短路故障分断过程中，能够快速实现无弧分断，可靠性较高，分断速度也大大提高，但受限制于单个电力电子器件的耐受电压，所需的开关导通压降高、系统能量损耗大[24]，还需要一定的散热装置，对整个系统的控制要求高，而且在高压大电流系统中需要大量电
西安建筑科技大学硕士学位论文5机械式直流断路器的分断速度及其分断能力。图1.2机械式直流断路器拓扑Fig.1.2TopologyofmechanicalDCcircuitbreakers机械式直流断路器在运行过程中，能量损耗小，状态稳定性强，但由于机械开关结构的限制，在分断故障电流产生的电弧易损坏机械开关触头，而且切除故障电流的时间长达几十毫秒，在此过程故障电流是被转移并不是分断，无法实时灵活、快速动作，为实现双向分断会使得拓扑结构变得更加复杂，因此只适用于电压等级相对较低的输电系统[20-22]，很难满足现阶段高压远距离输送电能过程的故障分断要求。（2）全固态式直流断路器随着半导体技术的不断发展，全控器件的诞生使得基于电力电子器件的全固态式直流断路器迅速发展[23]。如图1.3所示为全固态式直流断路器的拓扑结构简图，系统在正常运行状态下，电流直接通过串联的电力电子固态开关组实现电能输送，发生短路故障后，迅速关断电力电子固态开关组，此时直流断路器两端的电压，在系统存储的能量耗散作用下迅速上升至吸能支路的动作阈值，电流转移至吸能支路，快速执行动作并吸收系统能量，直至故障电流降为零，完成整个直流开断过程。图1.3全固态式直流断路器拓扑简图Fig.1.3Topologydiagramofall-solid-stateDCcircuitbreaker由于全固态直流断路器仅含有电力电子开关元件，在短路故障分断过程中，能够快速实现无弧分断，可靠性较高，分断速度也大大提高，但受限制于单个电力电子器件的耐受电压，所需的开关导通压降高、系统能量损耗大[24]，还需要一定的散热装置，对整个系统的控制要求高，而且在高压大电流系统中需要大量电
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性直流电网故障保护关键技术研究综述[J]. 王渝红,傅云涛,曾琦,宋雨妍. 高电压技术. 2019(08)
[2]基于主动控制的换流器与直流断路器的协调控制[J]. 张明奇,张英敏,陈可. 电测与仪表. 2020(18)
[3]基于级联全桥型混合直流断路器的直流电网故障恢复策略研究[J]. 姚为正,张浩,吴金龙,王先为,刘欣和,行登江,郝俊芳. 高压电器. 2018(12)
[4]基于IGBT的新型混合式高压直流断路器及控制策略[J]. 陶翔,张艳霞,杨国杰,李莹. 电力系统及其自动化学报. 2018(03)
[5]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)
[6]电磁斥力机构研究综述[J]. 何俊佳,袁召,经鑫,陈立学,潘垣. 高电压技术. 2017(12)
[7]高压直流断路器技术发展与工程实践[J]. 魏晓光,杨兵建,汤广福. 电网技术. 2017(10)
[8]一种新型限流式高压直流断路器拓扑[J]. 李帅,赵成勇,许建中,郭春义. 电工技术学报. 2017(17)
[9]长控制链路延时特征下柔性直流输电系统动态性能改善方法[J]. 邹常跃,陈俊,许树楷,杨煜,李巍巍,黄润鸿. 电网技术. 2017(10)
[10]适用于直流电网的限流混合式直流断路器[J]. 李承昱,李帅,赵成勇,许建中,安婷. 中国电机工程学报. 2017(24)
博士论文
[1]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
[2]基于模块化多电平换流器的柔性直流电网故障保护策略研究[D]. 刘高任.浙江大学 2017
硕士论文
[1]双臂架构的混合型直流断路器拓扑结构及控制策略研究[D]. 姜朋.东北电力大学 2018
[2]320kV强制过零型高压直流断路器操作控制系统设计[D]. 邵敏.华中科技大学 2016
[3]高压直流断路器及其关键技术[D]. 张弛.浙江大学 2014
本文编号：3577023
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