模块化混合直流断路器的拓扑设计及研究

发布时间：2020-06-04 19:22

【摘要】：柔性直流输电技术为构建未来直流电网提供了有效的技术支持,然而如何快速隔离直流侧故障一直是制约直流电网的发展的一个难题。直流断路器作为一种关键直流开断设备,响应速度快,恢复时间短,可以显著降低直流输电系统中电力电子器件过流风险,但是也存在直流电弧难以熄灭、需要在几ms内快速分断以及过电压高等研究难点。本文以目前已有的模块化全控混合直流断路器作为研究对象,进行了以下研究:(1)研究直流断路器改进拓扑。针对成本较低的基于二极管桥式子模块结构的模块化全控直流断路器进行了拓扑改进,其在实现直流断路器快速双向分断功能的基础上,可以提高重合闸速动性。文中采用限流电路减小了断路器分断过程中通过的电流峰值和两端过电压峰值,并详细分析该改进拓扑合闸、分闸以及重合闸的动作过程及原理。(2)研究直流断路器控制策略和在直流电网中的应用。针对本文中的改进拓扑,在其工作过程中采用“故障自处理和自恢复”以及可提高动作速动性的“预先换流”故障预处理控制策略,并以MMC三端直流系统为例,分析系统故障特性,提出了直流断路器在多端系统中“断路器就地保护”和上层继电保护系统相协调的应用策略,该控制策略可以防止多端系统中非故障线路直流断路器误动作。(3)基于本文中改进的直流断路器拓扑和三端直流系统模拟算例,进行了直流断路器应用在多端直流系统中的参数设计。最后通过PSCAD/EMTDC仿真分析了该改进拓扑结构功能、参数设计、控制策略以及在多端直流系统中应用策略的合理性,并搭建低压实验平台进行了该拓扑分断功能的实验验证。
【图文】：

示意图,灭弧,示意图,金属栅

灭弧系统一般采用金属栅片灭弧室，弧触头分断过程中动、静触头之间的电逡逑弧被机械运动拉长，，在磁吹力和气压的作用下，电弧进一步被拉长并向上运动进逡逑入灭弧室，在金属栅片的作用下，弧柱被切割成若干串联的小段电弧，如图１－１逡逑所示。电弧在拉长、金属表面近极压降和栅片冷却作用等多方作用下，电弧电压逡逑Ａ逡逑＾逦＾逦金属栅片逡逑Ａ逦犬逡逑Ａ逦Ａ逡逑动触头逦静触头逡逑图１－１低压直流断路器灭弧示意图逡逑Ｆｉｇ邋１－１邋Ａｒｃ邋ｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｌｏｗ邋ｖｏｌｔａｇｅ邋ＤＣ邋ｃｉｒｃｕｉｔ邋ｂｒｅａｋｅｒ逡逑２逡逑

直流断路器,机械式,基本结构,机械开关

比如真空断路器、ＳＦ６断路器等，进行改造，应用到直流开断拓扑结构中，逡逑由于交流断路器只具各过零开断能力，所以需要人为在断路过程中制造电流过零逡逑点用于灭弧，常使用迭加振荡电流的方法［９］，其基本结构如图１－３所示。电路由机逡逑械开关、ＬＣ振荡回路和ＭＯＶ邋（氧化锌避雷器）吸收放电回路三部分组成。正常逡逑运行时，电流通过机械开关；发生短路故障时，机械开关分断并燃弧，弧压使部逡逑分电流转移至振荡换流支路，自激振荡产生反向电流迭加到机械开关支路上产生逡逑过零点，电弧熄灭，随后吸收放电回路吸收关断能量，完成分断。逡逑机械开关逦ｙ逡逑0逦逦＾邋ｃｊ逦邋0逡逑振荡回路逡逑逦逦逡逑吸收放电回路厂ｍｏｍ逡逑逦．逡逑图１－３机械式直流断路器基本结构逡逑Ｆｉｇ邋１－３邋Ｂａｓｉｃ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ邋ＤＣ邋ｃｉｒｃｕｉｔ邋ｂｒｅａｋｅｒ逡逑为了提高开断的电压等级，“预充电振荡法”就是在此方法的基础上，根据电逡逑流方向预先用直流电源给振荡电路电容充电，开断时能够产生更大的振荡电流，逡逑形成强制过零点便于机械开关快速熄灭电弧。“自激振荡”式直流断路器结构简单、逡逑成本低，但是开断时间长，远远无法满足直流输电的开断时间要求。“预充电振荡逡逑４逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM561

【参考文献】