新型具有限流功能多端口高压直流断路器拓扑

直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)是提高直流电网安全稳定运行的关键设备。针对现有的DCCB投入的数量多导致成本过高、短路故障时电流过大、避雷器吸收能量过多等问题,提出了一种新型具有限流功能的多端口高压直流断路器拓扑(multi-port DC circuit breaker,MP-DCCB)。通过改进DCCB拓扑结构研究其性能,对新型拓扑的工作原理、故障分断过程进行理论分析,并给出相关参数及选取依据,最后用PSCAD软件搭建相应的仿真模型,并进行验证。与常规DCCB方案相比,故障电流减少了48.6%;避雷器上吸收能量、关断电流和关断时间分别减少了54.8%、52.4%和0.8 ms。该新型MP-DCCB具有良好的可靠性与经济性,仿真结果验证了所提新型具有限流功能的多端口高压直流断路器拓扑可适用于当前直流电网。     

具备限流能力的混合式高压直流断路器拓扑

直流断路器（DCCB）是解决直流系统短路故障的重要手段,针对现有DCCB存在的限流效果差、避雷器使用寿命短和故障隔离速度慢等一系列缺陷,文中提出一种具备限流能力的混合式高压直流断路器拓扑（CLC-HDCCB）方案。CLC-HDCCB载流支路和转移支路采用双桥式结构,具备双向通断能力;限流部分采用限流电阻和限流电感并联限流方式,显著降低了故障电流峰值及上升率;设计泄能电阻在断路过程中将限流电感旁路,减少了避雷器单次开断吸收的能量;对所提CLC-HDCCB方案分断故障电流、正常合闸和分断小电流等直流系统出现的各种工况进行了详细分析,并给出参数选定的方法。最后在PSCAD/EMTDC平台进行仿真验证,结果表明所提CLC-HDCCB方案与现有DCCB方案相比在故障限流、避雷器吸能和故障清除时间等方面具有一定的优势。     

高压直流断路器快速限流控制

高压直流断路器能够隔离系统故障,使得直流电网在一条线路发生故障时无需闭锁所有换流站,不影响其他线路的正常运行,是构建直流电网的关键设备。一种具有限流控制功能的混合式高压直流断路器,能够在系统故障时将故障端电流维持在固定值周围,为系统其他控制策略的进行争取时间。该文首先分析了高压直流断路器的无弧分断和限流控制原理,随后提出一种快速限流控制方法,加快了高压直流断路器的分断以及避雷器的投入,降低了故障电流峰值大小,减少了限流过程中避雷器吸收总能量。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真分析,验证了该控制方法的有效性。     

一种具有限流能力的新型混合式高压直流断路器拓扑

受到高压直流断路器开断容量以及关断时间的限制,直流电网面临故障抑制与清除的难题。提出了一种具有限流能力的混合式高压直流断路器拓扑,通过在电流转移回路中引入限流装置,达到有效抑制故障电流目的。分析了该断路器的拓扑结构、工作原理,并给出了断路器关键参数的计算方法,最后,针对三端柔性直流输电系统应用,在PSCAD/EMTDC平台进行仿真验证。仿真结果表明相较于其他方案,该断路器在系统正常运行情况下的通态损耗小、动态特性好,出现故障时能够快速切除故障电流,满足多端柔性直流输电系统对故障电流的抑制要求。     

针对直流电网故障的限流与限能技术研究

随着柔性直流输电迅速发展,大电网互联程度增加,电压等级不断的提高,在输电系统发生故障时故障电流不断提高,导致断路器的开断压力增大,而且过大的故障电流增大了线路储能元件的初始储能,使得直流断路器在开断故障电流后避雷器吸能持续上升,增大了避雷器的制造难度。针对上述问题,该文首先对避雷器吸能进行理论分析,得出主回路的平波电感大小以及线路电流大小是影响避雷器吸能的主要因素,提出降低等效电感优化吸能拓扑、平波电抗器串电阻优化吸能拓扑和限流型优化吸能拓扑,并基于PSCAD仿真软件验证拓扑结构在限制短路电流和限制避雷器吸能的有效性。     

基于耦合电感的直流故障限流器

柔性直流电网存在故障电流上升速度快、幅值高,感性元件储存能量大等问题,这造成故障电流难以分断,并且使得直流断路器的耗能支路承受巨大压力。为了限制故障电流峰值并且降低直流断路器耗能压力,提出一种基于耦合电感的直流故障限流器。当发生短路故障时,该故障限流器利用电感耦合特性等效投入电阻与电容组成的限流支路,以实现无延时的故障限流;当直流断路器分断故障电流时,该故障限流器利用耗能电阻耗散耦合电感储存的能量,从而分担直流断路器耗能压力,以达到降低避雷器容量需求、加快故障电流分断速度的目的。大量电磁暂态仿真结果表明,所提故障限流器具有良好的限流效果,能极大降低直流断路器的耗能压力。且该故障限流器制造成本低,易于实现。     

应用于南澳多端柔性直流工程中的高压直流断路器关键技术参数研究

针对在±160k V南澳多端柔性直流输电工程加装2台机械式高压直流断路器进行了研究。首先提出了2台直流断路器的安装方案及意义,分析了机械式高压直流断路器的拓扑及工作原理。然后利用PSCAD/EMTDC建立了含2台机械式高压直流断路器的南澳直流系统仿真模型;通过仿真分析,发现双极短路故障时,为避免过流,在直流断路器开断故障电流前换流器应暂时闭锁;仿真设定机械式高压直流断路器开断时间为5ms,得到了其暂态恢复电压、开断电流、避雷器吸收能量等关键技术参数;研究了开断时间分散性、一台直流断路器故障时对直流断路器参数的影响;最后给出了机械式高压直流断路器关键参数选型的建议。     

具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器

直流断路器是直流输电系统安全稳定运行的核心装备。提出了一种具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器(current limiting hybrid high voltage DC circuit breaker with reclosing function,RFL-HDCCB)。RFL-HDCCB拓扑利用限流支路的对称性,既实现了双向故障电流分断功能,又能够完成重合闸功能。无论是瞬时性故障还是永久性故障,都能够实现重合闸功能,恢复系统正常供电。分阶段对RFL-HDCCB的工作原理进行研究分析,然后对RFL-HDCCB进行了参数设计,最后利用PSCAD软件搭建起了系统仿真模型进行验证。验证结果表明,所提出的高压直流断路器与传统断路器相比,不仅能有效降低故障电流的上升率,减少对避雷器的耗能要求,而且降低了机楲开关的分断压力,限流能力明显,体现了所提方案的合理性。     

具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器

直流断路器是直流输电系统安全稳定运行的核心装备。提出了一种具有重合闸功能的限流型混合式高压直流断路器(current limiting hybrid high voltage DC circuit breaker with reclosing function,RFL-HDCCB)。RFL-HDCCB拓扑利用限流支路的对称性,既实现了双向故障电流分断功能,又能够完成重合闸功能。无论是瞬时性故障还是永久性故障,都能够实现重合闸功能,恢复系统正常供电。分阶段对RFL-HDCCB的工作原理进行研究分析,然后对RFL-HDCCB进行了参数设计,最后利用PSCAD软件搭建起了系统仿真模型进行验证。验证结果表明,所提出的高压直流断路器与传统断路器相比,不仅能有效降低故障电流的上升率,减少对避雷器的耗能要求,而且降低了机楲开关的分断压力,限流能力明显,体现了所提方案的合理性。     

一种新型限流式混合直流断路器拓扑

混合式直流断路器是柔性直流电网的重要组成部分,用于实现直流侧故障隔离,但现有拓扑大多不具备故障限流能力,且成本较高。对此,该文提出一种新型限流式混合直流断路器拓扑,其具备主模态、限流模态及断路模态3种工作模态,能够灵活应对直流电网不同异常状况。该拓扑主要采用晶闸管实现故障电流换路,大大减少IGBT的使用量以降低断路器成本,同时配合电容进行限流电感与避雷器的投切,以实现故障限流并提高分断速度。此外,该文针对所提出拓扑的工作过程进行详细解析和理论推导,基于PSCAD/EMTDC在单端等效和四端直流电网环境下进行仿真验证,并与现有典型拓扑进行对比分析,仿真结果证明了所提直流断路器拓扑的可行性和优越性。     

基于电容换流的高压直流断路器研究

柔性直流电网技术面临快速隔离直流侧故障的巨大挑战,直流断路器被认为是直流故障隔离的有效解决方案。针对高压直流断路器普遍存在的直流故障隔离速度慢、换流站侧提供短路电流的水平高等问题,提出了一种新型高压直流断路器拓扑,利用基于电容的换流支路为断路器的可靠、快速分断创造条件,能够快速隔离直流故障,有效限制短路电流水平,降低直流故障对换流阀的冲击。描述了拓扑的结构及工作原理,对故障分断过程进行了理论分析;分析了两种分断策略与拓扑参数的影响关系。通过仿真平台搭建高压直流断路器仿真模型,仿真结果验证了所提直流断路器拓扑隔离直流故障的有效性。     

模块化多电平换流器自适应故障限流控制策略

直流断路器(DCCB)的造价和体积与其开断电流大小密切相关.文中从降低DCCB的开断电流层面出发,设计了适用于半桥模块化多电平换流器(MMC)故障限流的自适应限流控制器.通过在直流故障工况下调整MMC直流电压和子模块电容电压参考值,可自动快速限制故障电流发展速度.采用数学解析的方法对自适应控制器的限流原理进行了分析.在PSCAD/EMTDC仿真环境下搭建四端柔性直流电网进行仿真验证.仿真结果表明:相比于无任何限流措施的控制方案,自适应限流控制可有效降低断路器的开断电流,明显减少避雷器吸收的能量,同时可加快故障后的系统恢复.     

新型多端口直流断路器及其在直流电网保护中的应用

直流电网中,采用高压直流断路器切除故障线路能够有效清除直流故障,但现有的直流断路器投资成本高,系统正常运行时电力电子器件冗余。文中提出一种新型多端口直流断路器(multiport DC circuit breaker,MP-DCCB)拓扑,采用单个主断路器保护多条直流线路,利用通流能力大的晶闸管作为主断路器和直流线路间的控制单元,有选择性地切断故障线路。然后,设计了能够吸收限流电感能量的转移支路来降低避雷器需吸收的能量,并对MP-DCCB断路、耗能以及重合闸阶段控制方式及电气过程进行了理论解析,建立了等效数学模型,研究电压电流应力及经济特性与MP-DCCB关键参数的关系。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建四端双极直流电网进行仿真验证,MP-DCCB能够有效降低断路器投资成本,具备应用于柔性直流电网的工程价值。     

高压直流断路器的避雷器分步投入分断及仿真方法EI北大核心CSCD

为降低直流电网中故障电流峰值大小,基于一种无弧分断高压直流断路器,首先分析了避雷器的保护原理以及快速机械开关的分断原理;然后针对快速机械开关分断时间较长的问题,提出了一种避雷器分步投入分断方法,在快速机械开关分断达到相应耐压要求后立即投入相应数量避雷器,从而降低了高压直流断路器故障电流峰值大小,减小了系统中关键设备所受的电流应力,并减少了避雷器吸收的能量及其受到的冲击电流热效应;最后通过PSCAD/EMTDC仿真分析,验证了该分断方法的有效性。     

高压直流断路器的避雷器分步投入分断及仿真方法

为降低直流电网中故障电流峰值大小,基于一种无弧分断高压直流断路器,首先分析了避雷器的保护原理以及快速机械开关的分断原理;然后针对快速机械开关分断时间较长的问题,提出了一种避雷器分步投入分断方法,在快速机械开关分断达到相应耐压要求后立即投入相应数量避雷器,从而降低了高压直流断路器故障电流峰值大小,减小了系统中关键设备所受的电流应力,并减少了避雷器吸收的能量及其受到的冲击电流热效应;最后通过PSCAD/EMTDC仿真分析,验证了该分断方法的有效性。     

一种高压限流混合式直流断路器拓扑及参数优化研究北大核心CSCD

随着我国高压直流输电技术的不断发展,短路故障电流值也随之增加。针对直流电网中短路大电流开断这一难题,文中基于直流短路故障时断路器的工作原理研究,对短路电流采用先限流、再关断的方案,提出了一种利用限流电路进行两次限流的混合式断路器拓扑。同时,研究了限流电路参数的选取对断路器工作性能的影响,并对相关参数进行了优化。在仿真研究和理论分析的基础上,与没有第二次限流的断路器进行了比较。结果表明,该断路器可通过两次限流成功将电流限制住并在故障发生的5 ms内关断,同时该断路器拓扑优化后的开断能力和能量吸收能力有了较好的提升,对于保证直流系统的安全性和稳定性有良好的理论和应有价值。     

适用于直流电网的预限流型直流断路器拓扑

为提高多端直流电网在直流故障下的运行可靠性,同时降低对直流断路器分断能力的要求,提出了一种适用于直流电网的预限流型直流断路器拓扑,当电网出现过电流时预先将限流回路投入,并根据故障检测结果决定切除故障线路或恢复正常运行。该拓扑使用辅助电容和半控型器件晶闸管实现了限流电感的快速投切与故障电流快速切除,能有效抑制故障电流,并具备一定的经济性。为验证所提拓扑在预限流和快速分断方面的可行性,在PSCAD/EMTDC中搭建了四端直流电网仿真模型,并通过仿真结果验证了所提拓扑在抑制故障电流、隔离故障线路方面的有效性。     

一种含限流限压功能的混合式直流断路器方案

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的多端柔性直流输电(multi-terminal DC,MTDC)是新能源并网和消纳的重要手段,而高压直流断路器是构建MMC-MTDC的核心设备之一。在现有混合式直流断路器(hybrid DC circuit breaker,HDCCB)的基础上,提出一种改进的具备限流限压功能的HDCCB技术方案。改进HDCCB的主断路器支路由包含电力电子断流单元、RC缓冲单元和避雷器单元的子模块组成。每个子模块具备独立的电流切除、电压建立和能量吸收能力,可以在分断过程中充分利用快速隔离开关的绝缘能力,有效抑制MMC-MTDC直流短路故障电流的上升率,减小HDCCB在切除故障电流时的过电压应力,降低耗能组件的能量吸收。理论分析和PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提出的改进HDCCB技术方案的可行性和有效性。     

极间短路条件下柔性直流输电系统电磁暂态特性分析

以南澳±160kV中压柔性直流系统为例,配合直流断路器的应用,利用PSCAD/EMTDC仿真软件分析了极间短路故障时系统的暂态特性。首先介绍了南澳直流工程的系统拓扑和主回路参数,然后结合不同保护策略分析了系统对直流断路器的参数要求,提出了系统与断路器配合时直流限流电抗的调整思路。最后研究了线路长度、故障位置和断路器动作对暂态特性的影响。仿真结果表明,直流断路器可以快速开断故障电流,限制电流峰值,通过调整直流限流电抗可以实现系统与断路器的配合。研究结果对柔性直流输电系统参数设置和器件及设备选型有一定参考价值。     

一种结合直流断路器的直流故障限流器拓扑

直流系统短路电流的限制与开断技术是直流输电技术发展的瓶颈。针对这一技术问题,文中在分析已有直流限流器和直流断路器拓扑的基础上,提出一种适用于直流系统的改进型故障电流限制器的拓扑结构,该设备利用直流断路器使用的电流转移原理分断电路,可在系统发生短路故障时快速限制短路电流的上升率及短路电流水平,有效保障内部的电力电子器件避免过电压而造成的损坏。通过在MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型并进行故障限流的仿真,验证了限流器的功能和限流指标,仿真分析结果表明所提出的限流器具有良好的限流效果。