直流真空断路器换流回路参数优化及弧后介质恢复研究

发布时间：2017-10-01 18:20

  本文关键词：直流真空断路器换流回路参数优化及弧后介质恢复研究

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【摘要】：鉴于不可再生化石能源消耗所导致的环境问题日趋严重，新能源发电受到人们广泛关注。多端直流输电是提高新能源发电并网可靠性与稳定性的关键技术之一，而高压直流断路器是多端直流输电系统中不可或缺的开关设备，其性能直接影响着多端直流技术的发展。本文以有源型直流真空断路器为研究对象，对其换流回路参数进行优化及弧后介质恢复过程研究分析。 换流回路是有源型直流真空断路器核心部分，参数的有效选取可提高直流真空断路器开断性能，同时具有良好的经济性。本文基于基尔霍夫定律，给出直流真空断路器开断过程各阶段微分形式描述，并利用变步长龙格—库塔法进行数值计算。基于遗传算法，结合数值计算结果，分别以开断性能最佳、换流回路成本最低以及弧后鞘层贯穿间隙发展时间最短为优化目标，对换流参数进行优化，为不同运行工况下确定换流电感与换流电容提供参考。同时，在对应优化参数下对线路进行仿真分析，得到各支路电压电流特性，并采用对照分析方法，对比分析各优化参数下仿真结果。 直流真空断路器主回路电流过零后，真空灭弧室触头间隙仍残存离子、电子及金属蒸气粒子。若残余物消散足够快，触头间隙则能够承受足够大的暂态恢复电压，真空灭弧室成功开断；否则，，触头间重燃。直流真空断路器弧后介质恢复过程可分为三个阶段：以鞘层发展为主导的恢复前期，以金属蒸气衰减为主导的恢复中期，以静态耐压为主导的恢复后期。本文基于多参数融合模型对整个介质恢复过程进行分析，同时结合重击穿判据，实现换流回路参数再优化。 从电弧角度出发，直流真空断路器开断过程可分为燃弧阶段和弧后介质恢复阶段。其中，燃弧阶段燃弧时间、燃弧能量等因素一定程度上决定弧后介质强度恢复初始条件，而弧后介质恢复阶段是决定断路器成功开断与否的关键。本文对弧后介质恢复过程不同阶段、不同影响因素进行具体分析，为调控弧后介质恢复提供参考。
【关键词】：直流真空断路器 换流参数优化 遗传算法 弧后介质恢复 鞘层
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM561.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 多端直流输电技术应用与发展趋势10-12
• 1.3 直流开断技术国内外研究概况12-15
• 1.3.1 直流开断方法及直流断路器研究现状12-14
• 1.3.2 直流真空断路器研究概况14-15
• 1.4 论文主要研究工作15-17
• 第2章 直流真空断路器开断过程17-32
• 2.1 直流真空断路器结构17-24
• 2.1.1 15kV 直流真空断路器结构17-18
• 2.1.2 110kV 直流真空断路器结构18-24
• 2.2 15kV 直流真空断路器开断过程24-31
• 2.2.1 换流阶段25-27
• 2.2.2 弧后电流反向增大阶段27
• 2.2.3 弧后介质恢复前期27-29
• 2.2.4 弧后介质恢复中期29
• 2.2.5 弧后介质恢复后期29-31
• 2.3 本章小结31-32
• 第3章 直流真空断路器换流参数多目标优化32-42
• 3.1 概述32
• 3.2 经典遗传算法32-35
• 3.3 换流回路多目标优化设计及对应参数下线路仿真分析35-41
• 3.3.1 优化目标 1——开断性能最佳35-37
• 3.3.2 优化目标 1 对应优化结果下线路仿真分析37-38
• 3.3.3 优化目标 2——换流回路成本最低38
• 3.3.4 优化目标 2 对应优化结果下线路仿真分析38-39
• 3.3.5 优化目标 3——鞘层发展时间最短39-40
• 3.3.6 优化目标 3 对应优化结果下线路仿真分析40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 直流真空断路器弧后介质恢复分析42-56
• 4.1 概述42
• 4.2 前期——鞘层发展阶段42-48
• 4.2.1 CTM 模型相关参数43
• 4.2.2 鞘层发展仿真结果43-46
• 4.2.3 重击穿判据46-48
• 4.3 中期——金属蒸气衰减阶段48-53
• 4.3.1 计算模型48-51
• 4.3.2 模型参数选取51
• 4.3.3 金属蒸气衰减仿真结果51-52
• 4.3.4 临界金属蒸气密度的确定52-53
• 4.4 后期——静态耐压阶段53-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第5章 直流真空断路器介质恢复主要影响因素研究56-61
• 5.1 概述56
• 5.2 鞘层发展阶段主要影响因素56-57
• 5.3 金属蒸气衰减阶段主要影响因素57-59
• 5.3.1 起始燃弧阶段对弧后金属蒸气衰减的影响57-59
• 5.3.2 换流阶段对弧后金属蒸气衰减的影响59
• 5.4 静态耐压阶段主要影响因素59-60
• 5.5 本章小结60-61
• 第6章 结论61-63
• 参考文献63-66
• 在学研究成果66-67
• 致谢67

【参考文献】

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本文编号：954945