直流微网混合断路器电流转移特性的研究

发布时间：2017-07-26 09:19

  本文关键词：直流微网混合断路器电流转移特性的研究

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【摘要】：直流微网混合断路器作为直流微网和微网并网的保护单元,其安全、可靠的动作性能已经成为限制分布式电源发展的重要因素之一。采用机械开关和电力电子器件构成的混合直流断路器,综合了传统机械断路器和固态开关的优点,其快速的分断性能,为直流微网及分布式电源的发展提供了重要保障。本文以内部参数为着手点,研究混合直流断路器在开断微网故障电流下的电流转移特性,通过对电流转移特性的分析得到合理的电流转移特性结论和最佳的直流微网混合断路器设计方案,为今后直流微网混合断路器的快速开断提供理论基础和参考方案。本文首先利用Mayr电弧模型、IGBT、RCD缓冲电路和避雷器,在Matlab/Simulink中搭建了符合课题研究需求的混合直流断路器仿真模型,通过对不同外电路参数和转移支路参数下的仿真波形进行分析,得到具有理论支撑的电流转移特性结论。既验证了仿真模型的准确性,又为直流微网混合断路器样机的设计和测试提供了合理有效的参考。通过仿真所得到的电流转移特性结论,设计出一款可以承载关断过电压1200V、开断电流150A的混合直流断路器样机。样机采用斥力分断、永磁保持的快速斥力真空开关作为机械开关,IGBT作为电力电子开断单元,并配有RCD缓冲及避雷器保护。自行设计的快速斥力真空开关具有较快的分断速度,为混合断路器电流转移特性的研究奠定了坚实的基础。本文最终为自行设计的混合直流断路器样机设计了一套试验测试平台,模拟直流微网电压等级下(400V)的短路故障,并针对不同的故障电流(200A以下)和线路电感大小进行了开断实验,得到了与仿真相一致的电流转移特性。验证了样机设计的有效性和不同参数下电流转移特性结论的准确性,为今后研制动作速度更快的直流微网混合断路器提供了依据和指导。
【关键词】：直流微网 混合直流断路器 快速斥力真空开关 电流转移特性
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM561
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 直流微型电网9-10
• 1.2 直流微网保护技术10-13
• 1.2.1 直流开断原理10-11
• 1.2.2 混合式直流断路器的发展11-13
• 1.3 本文研究内容及章节安排13-15
• 2 混合式直流断路器仿真模型的搭建15-25
• 2.1 电弧模型的选取16-18
• 2.1.1 Mayr电弧模型16-17
• 2.1.2 Cassie电弧模型17-18
• 2.1.3 本文仿真选取Mayr模型18
• 2.2 电力电子器件的选取18-20
• 2.2.1 电力电子器件的种类18-19
• 2.2.2 本文选取IGBT作为主开断器件19-20
• 2.3 缓冲吸收和保护电路设计20-24
• 2.3.1 缓冲电路的作用20
• 2.3.2 缓冲电路分类及选型20-21
• 2.3.3 RCD缓冲电路的参数设计21-22
• 2.3.4 限压保护单元——避雷器22-24
• 2.4 混合式直流断路器的仿真模型24
• 2.5 本章小结24-25
• 3 电流转移特性的仿真25-38
• 3.1 第一阶段：机械开关到电力电子器件IGBT的转移26-32
• 3.1.1 外电路参数影响26-29
• 3.1.2 混合开关转移支路的内部参数影响29-32
• 3.2 第二阶段：IGBT到RCD的转移及电流下降为零32-37
• 3.2.1 外电路参数影响32-36
• 3.2.2 转移支路参数影响36-37
• 3.3 本章小结37-38
• 4 混合直流断路器的样机设计及制作38-48
• 4.1 快速斥力真空开关38-42
• 4.1.1 斥力驱动装置39-40
• 4.1.2 永磁保持装置40-41
• 4.1.3 快速真空开关样机41-42
• 4.2 电力电子器件IGBT42-44
• 4.3 保护吸收单元44-46
• 4.3.1 RCD缓冲电路44
• 4.3.2 保护单元——ZnO避雷器44-46
• 4.4 混合式直流断路器的样机制作46-47
• 4.5 本章小结47-48
• 5 试验测试平台的搭建及试验测试48-58
• 5.1 试验平台的搭建48-52
• 5.1.1 RC放电等效直流源说明49-51
• 5.1.2 电容器组充电回路介绍51-52
• 5.1.3 样机动作控制52
• 5.2 试验测试52-57
• 5.2.1 第一阶段：斥力开关到IGBT的电流转移特性54-56
• 5.2.2 第二阶段：IGBT到RCD的电流转移特性56-57
• 5.3 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-61
• 致谢61-62

【参考文献】

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1 吴卫民;何远彬;耿攀;钱照明;汪i裆，

本文编号：575678