配电网用全固态混合式直流断路器研发

直流配电网以其控制灵活、稳定性高、电能质量好等优点,成为了未来配电系统的发展趋势。直流断路器作为直流配电网的保护设备,对于直流配电网的稳定性、安全性有着重要意义。提出了一种在直流配电网中应用的全固态混合式直流断路器方案。该断路器由三条支路构成,其主通流支路由晶闸管串联IGBT构成,转移支路由压接式IGBT构成,能量吸收支路由避雷器构成。对该断路器方案进行了仿真验证,并开发了10kV/1kA试验样机以及相关试验平台。试验样机在10kV和7.5kV电压等级下分别成功开断2kA和5kA短路电流。样机在10kV电压额定通流下效率大于99.94%。     

柔性直流系统断路器保护配合研究

文中针对直流断路器与柔性直流系统的保护配合进行分析,理论分析了保护配合可行的策略和方式,进而针对不同电压等级下的直流系统实例,结合断路器样机测试结果,利用PSCAD/EMTDC仿真软件分析了极间短路故障时保护配合对系统参数和断路器参数的要求。仿真结果表明,不同保护策略下对系统耐受能力和直流断路器开断性能要求不同,需要根据系统特点选择不同的保护策略。     

无极性直流微型断路器电寿命评估研究

低压断路器是低压交直流配电系统控制和保护的主要器件,电气寿命是衡量其性能的指标之一.相较于低压交流断路器,直流断路器没有电流过零灭弧特征,其灭弧及寿命评估不易.本文研究无极性直流微型断路器电寿命评估,阐述了无极性直流微型断路器结构,搭建试验平台进行电弧特性分析和电寿命试验,并建立电寿命预测模型.试验结果表明,电弧对触头...     

基于高频链直流变压器的柔性中压直流配电系统分析

为了克服柔性中压直流配电网工频方案中变压器体积大、重量大、噪音大、控制不够灵活等问题,提出一种基于高频链直流变压器的柔性中压直流配电系统。该系统中直流配电母线不仅包括中压直流母线,还包括低压直流母线;中低压直流母线之间通过直流变压器进行连接;低压直流母线用于接入各类分布式电源。该系统中高频链直流变压器的使用不仅实现了不同电压等级直流母线间的电压变换、能量管理,还可以有效提高系统功率密度。介绍了中压柔性直流配电系统架构,给出了高频链直流变压器以及其它典型换流器的设计和分析,并对直流配电系统的工作模式和控制器进行了设计。最后,搭建了仿真平台,验证了系统的有效性。     

低压直流配电系统的断路器保护探讨分析

介绍了低压直流配电系统的接地型式,分析了交流断路器的直流分断能力要求及小型断路器在直流系统中的应用,用串接断路器的主触点以提高其适用的直流电压值,在不同的接地型式及不同的短路故障类型下使断路器的短路分断能力发生变化,并阐述了断路器的选择要点,强调了接线极性的重要性.     

低压直流断路器的设计和使用

根据直流电弧灭弧理论方法,分析了低压直流断路器的主要设计要点,包括多断口串联、触头导电系统、灭弧室、磁吹和气吹灭弧的设计.最后介绍了低压直流断路器的使用要求.     

基于VSC的直流配电系统过电流保护研究

针对低压直流配电网,本文利用电压源型换流器的自关断功能来代替直流断路器限流的作用,进行保护方案配置。本文主要聚焦故障中断和隔离,利用继电器检测本保护区域故障信息并把动作信号传输到换流器,换流器动作隔离故障。在PSCAD软件中搭建两端供电的直流配电模型进行仿真,结果表明,在采用继电器的情况下,采用过电流的保护方案可以满足快速响应的要求,为下一步直流配电系统保护方案的研究奠定了良好的基础。     

直流配电系统保护技术研究综述

随着电力负荷的迅速增长和用户对电能质量要求的不断提高,传统配电系统面临新的挑战。直流配电技术在提高电能质量方面的巨大潜力引起学者们的关注。由于缺乏成熟、经济的直流断路器和实际运行经验,保护技术成为制约直流配电系统发展的瓶颈。鉴于此,概述了直流配电系统保护技术研究的发展现状,从直流配电系统的概念出发,系统阐述了保护技术研究的困境,明确了保护分区与故障类型,并指出了直流配电系统故障与保护的特殊性。然后综述了直流系统故障隔离及限流装置的发展现状,总结了直流配电系统的保护策略。最后对直流配电系统保护的技术研究做出了展望。     

特高压直流与常规直流工程最后断路器保护浅析

为防止逆变站交流系统甩负荷后引起的严重过电压,通常会在逆变站安装最后断路器保护。在±800 kV向家坝-上海直流工程中,ABB公司采用了不同于常规直流的最后断路器保护设计理念。从保护信号采集、保护逻辑、存在隐患等方面,阐述了特高压直流和常规直流中的最后断路器保护,并进行了对比分析。指出了常规直流最后断路器保护在设计上的局限性以及特高压直流最后断路器保护在运行中可能存在的问题,并提出了改进意见。该研究有助于提高现有直流工程的运行可靠性,并对将要投产的特高压直流工程的运行维护工作有一定指导意义。     

低压直流配电系统极间短路故障分析与保护

针对经电压源型变换器与大电网互联的低压直流配电系统,系统配置限流电抗器与直流断路器,利用电源侧限流电抗器两端电压比以及负荷侧表观电阻值,提出一种直流线路短路故障保护方法。首先,确立了实用型辐射状低压直流配电系统结构,分析系统直流侧短路故障电流的产生机理。然后分析了故障时电源侧限流电抗器电压比及负荷侧表观电阻值,并据此提出故障保护判据。用Matlab/Simulink软件对低压直流配电系统进行建模,仿真验证了保护方法的快速性、选择性、可靠性,且大部分保护范围内仅需要单端电气量即可识别故障。     

基于IGBT串联技术的10kV固态直流断路器研制

直流断路器作为未来基于电压源换流器的柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current,VSC-HVDC)系统组网的关键设备,可以在出现短路故障时快速切断故障电流并使故障部分退出运行,避免停运整个直流系统。提出了一种适用于柔性直流输电系统的固态直流断路器技术方案,建立了IGBT串联的固态直流断路器仿真模型,研究了IGBT栅极电阻、拖尾电流和门极电荷等差异对IGBT串联均压特性的影响。仿真结果表明,静态和动态均压电路可有效改善IGBT间的均压效果。最后搭建了10个IGBT串联的直流断路器样机及实验回路,并完成了直流母线电压10 kV、峰值电流5.1 k A的关断实验,验证了基于IGBT串联技术固态直流断路器方案的可行性。     

混合式高压直流断路器控制保护系统

直流断路器作为柔性直流电网的关键设备,用于故障快速隔离和恢复,大大提高了直流电网的安全性和可靠性。文中基于混合式高压直流断路器,详细研究了其控制保护架构和控制保护策略。首先设计了"冗余双重化"控制系统架构和"三取二"保护系统架构,具有架构层级清晰和功能分配明确等特点;然后给出了混合式直流断路器的分闸和合闸控制策略,并详细设计了本体过流保护策略、本体设备保护策略和辅助设备保护策略;最后研制了一套500 kV/25 kA混合式高压直流断路器的控制保护系统,并通过实时数字仿真系统(RTDS)进行仿真研究,结果验证了控制保护系统及其策略的正确性和有效性。     

基于新型柔性故障限流器的多端直流配电网故障隔离策略

针对多端直流系统故障电流峰值高、上升速度快以及无法保证非故障区域供电可靠性的问题,提出一种适用于中高压配电网的级联式新型柔性故障限流器与机械式直流断路器协同作用的故障隔离策略。首先通过微分欠压保护触发柔性故障限流器,实现极间电压箝位效果,抑制故障电流,提高直流系统故障隔离后的动态恢复特性。其次依据直流断路器的分断速度,实现故障限流器动作时间的灵活设置。利用断路器方向纵联保护信号保证故障区域换流站侧故障限流器的持续作用,直至直流断路器动作隔离故障。该策略还可避免换流站闭锁,降低断路器分断速度与开断容量要求,延长断路器使用寿命,提高系统供电可靠性。最后,在MATLAB/Simulink中搭建四端中压配电网模型,并通过仿真验证故障限流器的效果以及所提策略的可行性。     

基于电压钳位原理的多端口限流式直流断路器

随着直流电网技术的广泛运用,直流断路器作为关键保护设备已成为相关领域研究重点.提出一种基于电压钳位原理的多端口限流式直流断路器,具有通态损耗低、经济性良好、重合闸速度快等优点.首先,提出新型断路器的拓扑结构及动作策略,通过电压钳位原理切除故障,而后利用LC振荡关断支路晶闸管;其次,分别对母线和线路故障进行解析推导,进而针对其关断过程设计参数;最后,利用PSCAD/EMTDC中的三端直流电网模型验证其有效性与适用性,并分别对两种故障仿真加以分析,通过故障电流、系统电压及支路电压对比分析等验证该断路器可代替多个常规断路器,减少了主断路器需求.     

直流断路器的现状及发展

本文在分析直流输电技术特点的基础上,总结了目前直流输电对于直流断路器的基本要求;介绍了用于直流领域的断路器的种类,分析了其工作原理以及性能特点;简要综述了直流断路器国内外发展现状,并分析了直流断路器存在的主要技术问题,指出混合直流断路器是直流输电领域的直流断路器研究的主要方向。     

三端口混合式直流断路器的工程应用

唐家湾三端柔性直流配电网工程成功应用了世界首套±10 kV三端口混合式直流断路器,可实现多端换流站的联络及故障快速隔离,从而保障系统安全可靠运行。文中针对唐家湾三端柔性直流配电网故障隔离需求,提出三端口混合式直流断路器的拓扑结构、工作原理和技术参数。进而进行三端口直流断路器工程样机研制,开展电流开断试验,试验结果表明,三端口混合式直流断路器工程样机可在2.7 ms内开断10 kA故障电流。最后,将三端口直流断路器工程样机安装在唐家湾三端柔性直流配电网工程,并进行三端系统在线投入、三端系统在线退出和三端系统电流开断试验共3个关键试验,试验结果表明,三端口直流断路器运行状况良好,功能和性能满足工程设计和运行要求。     

碳化硅MOSFET用于500V低压直流断路器的可行性研究

碳化硅MOSFET具有低导通损耗、开断速度快、耐高温等优点,其优异的开断性能是研制低压直流断路器的理想选择。从现有直流电压等级、绝缘水平和用电安全等角度确定断路器的工作电压等级,并搭建简易低压直流电路模型,估算模型中的各元件参数。在此基础上对断路器正常和短路两种状态下的过电压进行计算,同时根据厂家提供的碳化硅MOSFET参数及特性曲线,利用仿真软件saber建立模型,进行操作过电压分析。并设计两种过电压保护电路使Si C-MOSFET更加安全可靠工作,证明碳化硅MOSFET用于500 V直流断路器的可行性。     

中高压直流断路器拓扑综述

随着直流输配电系统的发展,直流系统对故障电流抑制和清除的要求增加,采用直流断路器能够很好地解决清除直流故障时快速性、稳定性和经济性的问题。文中论述了直流断路器的发展现状,对近年来国内外提出的直流断路器拓扑进行归纳总结。在此基础上,就机械式、Z源结构、组合式、级联模块、器件组合型直流断路器拓扑以及直流断路器测试电路进行了详细讨论。论述了各个方面的拓扑原理、使用优点以及面临的主要问题,对同一方面所涉及的文献进行了归纳对比。最后,提出了直流断路器未来可能的发展方向及相关问题。