一种基于饱和铁心型超导限流器的混合直流限流电路的研究

基于电压源型换流器的高压直流输电系统的故障电流幅值大、上升速度快,现有直流断路器的故障电流开断容量和开断速度受到很大挑战。提出一种基于饱和铁心型超导限流器的混合直流限流电路,利用饱和铁心型超导限流器及限流电阻共同作用实现阻感复合限流,并借助吸能电阻达到加速故障电流清除、缓解直流断路器开断压力的目的。根据直流故障暂态特性,结合该混合直流限流电路与混合式直流断路器的配合策略,分阶段对该混合直流限流电路的工作原理进行理论解析。通过数学推导给出所提混合直流限流电路的参数设计原则。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中对所提混合直流限流电路的原理正确性和功能有效性进行验证。结果表明,所提混合直流限流电路能有效抑制故障电流、缩短故障线路隔离时间、减少避雷器吸能并能实现饱和铁心型超导限流器快速恢复。     

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。     

城市轨道交通用限流式直流断路器原理研究

为解决城市轨道交通用直流牵引系统故障短路电流峰值大、开断寿命低、维护成本高的问题,提出了一种限流式直流断路方案.研究了电流基于电弧电压自然转移的原理;根据系统参数建立仿真模型,仿真了不同故障电流情况下的限流开断性能,验证限流式直流断路器的功能;将该直流断路器方案与其他四种典型的直流断路器进行了对比分析.研究结果表明:提出的限流式直流断路方案可实现3 ms故障电流截断、快速重合闸功能,并采用先限流后开断的方式,降低故障开断电流,提高了开断寿命.     

基于磁耦合电流转移的阻尼式直流开断技术

直流系统中短路电流上升速度快、峰值高,而未来随着系统电压等级和容量的进一步增加,短路电流开断更为困难。为了降低直流断路器开断要求,在开断过程中考虑故障电流快速抑制是至关重要的,但现有的直流开断方案很难同时兼顾限流和开断过程。文中提出了一种电流转移和阻尼一体的新型直流断路器拓扑结构,该断路器在保证大容量开断和低成本的同时,能实现故障电流的快速限制。首先,对所提出的直流断路器开断原理进行介绍。然后,针对方案中阻尼模块和磁耦合转移模块的关键影响因素展开分析,获得了阻尼模块和磁耦合模块的参数优化设计。最后,基于仿真模型对所提出的开断方案进行了仿真分析,验证了所提出的拓扑结构在不同工况和不同电压等级下的开断适应性,并通过实验验证了所提出的阻尼式直流开断方案的有效性。     

一种新型限流型高压直流断路器拓扑

随着柔性直流输电技术的不断成熟,直流输电变得越发普及,而高压直流断路器作为直流输电系统的关键部分,其重要性不言而喻。针对现有高压直流断路器存在故障时短路电流大、分断速度慢、避雷器吸收能量过高等问题,提出了一种具有限流能力的新型高压直流断路器拓扑,该拓扑在传统直流断路器换流支路基础上增加了H型桥限流部分,利用平波电抗器与限流部分共同限流,可以显著降低故障时电流的上升速率与峰值。文中详细说明了新型拓扑的基本工作原理,对故障分断过程进行理论分析并给出相关参数的影响关系及选取依据,通过搭建基于Pscad/Emtdc仿真软件的新型限流型断路器模型,与已有限流型断路器方案相比,避雷器能量吸收降低了62.8%,故障分断时间减少了0.8 ms,并具有良好的可靠性与经济性,仿真结果验证了所提新型限流型直流断路器拓扑可适用于当前柔性直流电网。     

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。     

基于电力电子复合开关的限流式混合直流断路器参数设计

研究了基于电力电子复合开关的限流式混合直流断路器。采用电力电子复合开关,以降低高压混合式直流断路器的电力电子功率器件串联数量;采用特殊设计的限流电路,在故障发生时抑制短路电流的上升速率,并可在线路断开后自行释放能量,避免感应过电压的产生。同时,对限流式混合直流断路器的参数设计原则及复合开关的配置方法进行了详细的推导,并对其正确性进行仿真验证。仿真结果证明,采用文中所述方法进行限流式混合直流断路器的设计,不仅可以在直流电路发生短路故障时有效限制短路电流上升率,降低短路电流开断难度,还可以显著减少器件串联数量,从而达到降低装置体积与成本的目的。     

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。     

超导限流式直流开断技术1:超导限流研究

高压直流断路器的成功研制是直流多端输电系统和直流电网发展的关键。目前高压直流断路器的发展方兴未艾,但开断的短路电流值仍然有限,笔者提出了一种基于超导限流技术的高压直流断路器,可以极大提高短路电流的开断能力。该直流断路器由直流超导限流模块和开断模块组成,文中的研究内容为超导限流模块的快速限流特性、电流转移特性、大电流耐受特性。实验结果表明,超导限流模块具有快速的限流特性,在1 ms内即开始限流,能将几十千安培甚至上百千安培的短路电流限制在几千安培,施加磁场后的超导限流模块具有宽电流限制能力。所提出的直流断路器将超导限流技术和直流开断技术有效结合,具有反应迅速,开断电流大,可用于高电压场合的优势,是一种有发展前途的高压直流断路器。     

一种具有限流能力的耦合型直流断路器

针对直流断路器(direct current circuit breaker, DCCB)故障清除时间慢、限流能力弱以及容量设计小等问题,提出了一种具有限流能力的耦合型直流断路器(current-limiting coupled DCCB,CL-CDCCB)拓扑结构,首先介绍了CL-CDCCB拓扑结构与工作原理,对分断过程进行理论推导,然后给出主要器件参数的选择;最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台,搭建直流系统接地短路仿真实验模型。仿真结果表明,CL-CDCCB可以有效地缩短故障分断时间,降低吸能元件的电气应力,能够达到直流故障开断的要求。     

基于耦合电抗器的阻容型混合直流断路器拓扑结构研究

直流断路器是中压直流配电系统的重要设备。为满足大容量高速分断的迫切需求,该文提出一种基于耦合电抗器的阻容型混合直流断路器拓扑结构并分析了其工作过程,将耦合电抗器一、二次绕组分别串联于主支路和真空开关支路实现加速电弧电流转移,阻容元件串联于固态开关支路以便限制故障电流。通过Matlab/Simulink构建了基于耦合电抗器的阻容型混合直流断路器仿真模型,仿真分析了耦合电抗器和阻容元件参数对电流转移时间、限流效果、整机开断时间的影响规律,并进行了小电流开断的初步实验验证。研究表明：耦合电抗器一、二次绕组分别为300μH、50μH,阻容元件参数为0.1?、50μF,电流转移时间由1.5ms缩短至0.5ms,截断电流峰值降低了47.1%,整机关断时间缩短了1.9ms,初步验证了新拓扑结构在限流和快速开断方面的可行性,为研制高性能混合直流断路器提供参考依据。     

混合式高压直流断路器电流开断试验装置设计

直流断路器最重要、最基本的功能是能在短路故障的工况下及时分断短路电流。整机开断试验需要模拟实际工程中最严酷的短路电流开断工况以有效检验直流断路器开断能力。基于混合式直流断路器特性提出了一种等效开断试验装置拓扑结构,并对其拓扑结构组成、运行原理、关键组成部分的应力分析、电气参数计算方法、试验仿真开展研究,研究结果可作为试验装置平台开发和直流断路器开断试验相关工作开展的理论基础。     

超导限流式直流开断技术2:开断模块仿真分析

文中提出了一种新型的基于超导限流技术的自激型直流断路器,该断路器由超导限流模块和直流开断模块组成。笔者的研究目标是分析直流开断模块的自激开断过程以及相关参数对开断过程的影响,验证原理可行性。文中研究了该超导限流式直流断路器在不同额定电压下(10、100、320 k V)开断的可行性。通过研究10 k V的额定电压下交换回路参数和电弧参数对开断特性的影响,100 k V额定电压下仿真开断模型工作过程,320 k V下限流模块和开断模块配合原理,得出该直流断路器原理可行。开断的时间随着电容值和电弧功率损耗因数的增大而减少,随着电感值和电弧时间常数的减小而降低;限流模块和开断模块可以很好的配合;此断路器能在不同电压等级下实现短路电流的开断。     

多端VSC-HVDC直流线路故障限流及限流特性分析

基于电压源型换流器(voltage source converters,VSC)的多端柔性直流系统中直流线路的故障电流上升速度快、电流峰值大。然而具有大容量、快切断能力的高压直流断路器正在研制中。结合目前直流断路器开断容量水平,该文提出通过在直流线路两端串入限流电路的方法来限制故障电流的峰值和电流的上升速度率,并给出相关参数的理论计算方法。对该电路的限流特性进行分析与对比,结果表明,该限流电路能有效抑制故障电流,降低了对直流断路器开断容量和开断速度的要求。在该限流电路的基础上,提出一种多端VSC-HVDC直流线路故障处理方案。仿真分析表明,该故障处理方案能够有效抑制直流线路故障电流以及IGBT并联二极管电流,故障切除后非故障系统能保持正常运行,可以有效地增强多端VSC-HVDC系统对直流线路故障的处理能力。     

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。     

直流微网混合式直流断路器电流转移特性研究

混合式直流断路器的电流转移特性对其快速开断及控制策略有着重要意义,文中通过分析混合式直流断路器的工作原理,利用Mayr电弧模型、IGBT、RCD缓冲电路和避雷器模型等建立了混合式直流断路器仿真分析模型,分析了不同外电路参数和转移支路参数下的电流转移特性。搭建了直流微网模拟短路试验平台,进行了混合式直流断路器的开断特性试验,重点研究了电压400 V,不同故障电流(低于200 A)及不同参数下的电流转移特性。试验结果验证了仿真分析模型,为后期快速开断的直流微网混合式断路器提供了可参考的依据。     

柔性直流电网故障限流技术分析与探讨

故障限流技术是实现柔性直流电网保护和故障隔离的重要过渡手段。基于柔性直流电网的故障特征,结合国内外研究成果,从交流侧限流、换流器限流以及直流侧限流3个方面分析了柔性直流电网各类限流技术和方法的原理及性能,对相关限流技术和方法进行了仿真测试和比较。基于对比分析结果,提出了一种改进的电感型限流电路拓扑。所提出的限流电路能够有效抑制故障电流,在配合直流断路器开断故障的情况下,可加速故障电流衰减。最后探讨了未来直流电网故障限流技术可能的研究方向。     

基于直流限流电路的直流单极接地故障自适应重合闸技术

为避免柔性直流系统重合于永久性故障,造成二次过流冲击从而威胁系统安全,需采用预先判断故障性质的重合闸方法以确保系统的有效重启和可靠恢复。针对配置有混合式直流断路器的架空线柔性直流输电系统,提出一种基于直流限流电路的直流单极接地故障自适应重合闸技术。首先,提出直流限流电路拓扑结构并分析其工作原理,该拓扑由限流单元、吸能单元和故障性质判别单元组成,与混合式直流断路器串联接入直流线路。此后,结合故障发展过程,理论计算各阶段故障暂态电流、暂态电压的表达形式,并提出直流限流电路各元件的参数选择依据。最后,在PSCAD平台搭建系统模型并进行故障仿真,仿真结果表明所提自适应重合闸技术能准确判断故障性质,并具备较好耐过渡电阻能力。     

一种含有均压均流电路的限流式高压直流断路器

针对混合式直流断路器电力电子器件依靠燃弧电压导通,极易出现过压过流等问题,提出了一种新型限流式直流断路器拓扑,设计了其固态开关的均压均流电路,并对其进行建模分析。所提出的拓扑在断路器正常运行时无额外损耗,在短路故障发生时可以无延时地导通固态开关,并快速切断短路电流,其均压均流电路在不影响故障切除的同时能有效均衡各电力电子器件的电压电流。最后对所提拓扑在PSCAD/EMTDC软件平台上进行建模仿真,结果表明提出的新型限流式直流断路器能够在短路故障发生时有效限制短路电流上升,快速切断故障,并可靠地保护固态开关。     

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。