基于晶闸管的混合式高压直流限流器研究

发布时间：2020-05-29 04:59

【摘要】：随着直流输电电压等级和容量的逐步提高,基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的直流电网已成为未来直流输电领域的发展方向。然而,直流电网中的核心设备换流站具有低阻尼的特点,若直流电网网侧的阻尼也很小,发生直流侧故障后,故障电流将大范围地迅速发展。直流断路器(DC Circuit Breaker,DCCB)被认为是实现故障电流快速切断的有效手段,但目前高压直流断路器成本较高,且存在切除速度和切除容量间的矛盾。为抑制直流故障电流上升,降低直流断路器开断时承受的电流应力,减少直流断路器的成本,提出了两种新型的高压直流故障限流器拓扑,并对其展开了相关研究,具体内容如下:首先,提出了一种新型的混合式单端口直流故障限流器(Fault current limiter,FCL)拓扑。该拓扑的通流支路利用机械开关来承受过压,串联少量电力电子器件,通态损耗低;主限流电路基于晶闸管器件;限流电感作为主要限流元件,并且可在直流断路器断路时快速退出。分阶段对新型拓扑的限流过程进行了理论解析,分析了电压应力、限流时间与限流器参数的关系,给出了限流器参数设计方法。提出了在断路时,限流电感快速旁路方法,并对因此而减少的直流断路器中避雷器耗能进行了理论计算。分别在单端换流站和直流电网中验证了所提限流器动态特性分段解析方法的正确性,同时仿真结果表明所提限流器可有效限制直流故障电流的上升率,并可以大幅降低断路器切断过程中的能量耗散。其次,为进一步减小直流电网中直流限流器的数量,在所提单端口直流限流器的基础上,提出了一种新型的多端口混合式高压直流故障限流器(multiport DC Fault current limiter,Mp-FCL)。该Mp-FCL可配置在换流站出口处,代替原母线所连直流线路上的多个单端口 FCL。分阶段对新型拓扑的限流过程进行了理论解析,研究了 Mp-FCL与直流断路的配合。分析了电压电流应力、避雷器耗能与Mp-FCL关键参数的关系,给出了 Mp-FCL参数设计方法。并对所提Mp-FCL的动作特性进行了仿真验证,证明了该Mp-FCL可代替多个常规FCL实现有效限流,并大大减少对直流断路器中避雷器的耗能要求。最后,分析了所提基于晶闸管器件的高压直流故障限流器的恢复和直流断路器的重合。其中,所提限流器的恢复包括两个方面,一方面是高压电容放电,另一方面是通流支路再次导通。在限流器恢复并且故障直流线路恢复绝缘后,直流断路器应重合,对此,分别对瞬时性故障和永久性故障两种情况进行了仿真分析。
【图文】：

－图２－１所示的直流故障限流器拓扑主要包含通流支路和主限流器两部分。为满逡逑足双Ａ限流能力，各屯力电丫？器件均包括反向的ａ、ｂ两套。迎流支路由超快速机逡逑械计关邋ｆｕｌｔｒａｆａｓｔ邋ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｏｒ，邋ＵＦＤ）、负载转换开关（丨ｏａｄ邋ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ邋ｓｗｉｔｃｈ，，邋ＬＣＳ）逡逑７逡逑

华北电力大学硕士学位论文逡逑２．２．３单端口直流ＦＣＬＰ艮流过程的理论分析逡逑下面对情况一的限流过程进行理论分析，对情况二可做类似分析。逡逑假设在／0时刻发生如图２－２所示的单极接地故障，其中Ｚｄｅ为平波电抗器，ｙ？ｌｉｎｅ，逡逑乙ｌｉｎｅ为集中参数的等效线路阻抗。此处理论分析暂不考虑换流站电容放电的动态特逡逑性，以直流源％ｃ替代［２５１，用直流源计算的结果和电网仿真结果将在第２．５节展示。逡逑下文的理论和仿真中各物理量的参考方向如图２－２。逡逑
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN34;TM471

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本文编号：2686437