一种新型混合式直流断路器

为了实现直流输电网和配电网中,直流线路故障电流快速分断,提出一种新型混合式强迫换流直流断路器拓扑。该断路器通过在通流支路中设置强迫换流回路,可在几毫秒内完成故障电流的分断,同时可实现机械开关的零电流关断;此外,即使断路器中半导体器件门极电源突然意外失电,断路器依然可以维持电流通路,从而提高了断路器的可靠性。详细分析了所提混合式断路器的工作原理和参数设计原则,并通过仿真验证了断路器能够快速分断直流故障电流。     

基于耦合负压回路的高压直流断路器集成化设计

多端柔性直流系统在可再生能源、孤岛供电方面有显著优势,为保障柔性直流电网的安全运行,需要研究能够在毫秒内开断故障电流的高压直流断路器。根据南澳±160kV柔性直流系统对高压直流断路器的开断参数需求,采用基于耦合负压回路的高压直流断路器拓扑设计,提出了一种低杂散电感的电力电子支路串联拓扑结构。通过对电力电子支路阀串的关键器件及串联结构设计进行校核分析,完成了电力电子支路阀串的模块化设计,通过断路器集成整体的抗震分析验证了各部件的设计强度,最终设计出了基于耦合负压回路的±160kV高压直流断路器样机。     

适用于直流开断的IGCT串联均压技术

电力电子器件的串并联是目前解决和实现高压、大功率直流断路器、电力电子变换器的主要组合方式。为此,围绕适用于高压直流开断的电力电子器件串并联技术,开展了面向瞬态开断的多器件静态及动态均压技术研究。首先,分析了集成门极换流晶闸管（integrated gate-commutated thyristor,IGCT）串联不均压原因及IGCT串联均压技术,以给出适用于直流开断的IGCT串联均压方案;其次,分析了缓冲电容、缓冲电阻和关断触发时间的差异对均压特性的影响;最后,搭建4个IGCT串联的电力电子阀组并进行实验验证。研究结果表明：（1）适用于直流开断的IGCT串联静态均压可通过并联静态均压电阻实现,负载侧动态均压可通过并联缓冲阻容电路的无源缓冲方法实现;（2）缓冲电容越大、缓冲电阻越小,过电压就越小;触发信号时间差越大,不均压程度就越大;（3）10.5 k V/1.5 k A阀组开断实验不均压系数为5.71%,均压效果良好;（4）基于模块化电力电子串联阀组,进行了混合式直流断路器整体联调实验,3.0 ms时间后关断短路电流为3.6 k A,关断产生过电压为21 k V。通过实验验证了适用于高压直流开断的IGCT串联阀组均压方案的可行性,可以为实现瞬态开断的模块化电力电子串联阀组工程应用提供技术基础。     

共转移支路式混合直流断路器拓扑

针对现有混合直流断路器造价高、难以应用于多端电网的缺陷,提出了一种新型混合直流断路器拓扑。该拓扑采用共转移支路和二极管整流桥相结合的结构,以减少绝缘栅极晶闸管(insulated gate thyristors,IGBT)数量,并在转移支路串联附加电阻以减小故障电流峰值。针对此新型拓扑,该文详细分析了其在多端电网中的开断原理,采用换序电路法建立了故障电路数学模型,构建了故障电流与附加电阻之间的关系表达式。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建新型混合直流断路器仿真模型,结果表明采用共转移支路结构可有效减少IGBT使用数量,转移支路附加电阻可显著提高直流断路器开断容量。     

基于零电压零电流的混合式直流断路器

基于IGBT的直流断路器存在导通损耗高、开断过程耗能量大的缺点,传统基于人工过零技术的直流真空断路器难以实现短路大电流的可靠开断。提出了一种综合了“零电压”、“零电流”混合开断原理,同时结合机械开关和半导体开关优点的新型混合式直流断路器方案。该直流断路器能够快速可靠地完成“零电压”电流转移过程,并通过晶闸管短时导通短路电流,确保机械开关弧后介质的可靠恢复,实现断路器的成功开断。样机等效短路电流开断试验结果表明,该新型混合式直流断路器能够用于电力系统配网完成预期10 kV/50 kA短路电流的开断。     

基于强迫过零技术的自换向高压直流断路器

为了提高混合式直流断路器开断能力、降低直流短路故障对系统的危害,提出了一种基于强迫过零技术的自换向高压直流断路器。该断路器利用晶闸管与二极管代替了关断支路的IGBT元件,并通过单个预充电电容和强制过零技术实现了切除断路器两侧故障,减少系统的安装成本。详细描述所提直流断路器的拓扑结构、工作原理,并通过动作时序和等效电路分析元件的参数取值方法,最后应用PSCAD仿真软件搭建三端环网模型对其进行仿真验证。结果表明,该方案可以实现故障线路的可靠切除,断路器经过一次预充电后无须再次充电即可恢复切除能力,具有较好的经济性。     

基于真空断路器与SF6断路器串联的新型混合式高压直流断路器理论分析

提出基于真空断路器与SF_6断路器串联的混合式高压直流断路器新型拓扑结构,在传统强迫过零直流开断的基础上,提出以高压串联晶闸管组件续流支路创造主开关电压零休的思路,进而提高主开关的动态介质恢复强度。分析了新型混合式高压直流断路器的拓扑结构、工作原理、工作过程,得到其电压零休时间的数学描述和动态电压分布协同调控措施。然后基于连续过渡模型和改进Mayr模型搭建了新型混合式高压直流断路器的仿真电路,分析得到续流支路限流电阻、电感、振荡回路参数等对电压零休时间、反向暂态恢复电压的影响规律。     

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。     

集成直流断路器功能的模块化多电平换流器

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的直流短路故障电流清除能力是柔性直流输电系统在架空线应用场合必须解决的问题。提出了一种集成直流断路器功能的MMC拓扑结构(MMC integrated with DC circuit breaker,IDCB-MMC)。IDCB-MMC在换流器部分采用了带有双向旁路晶闸管的子模块,在直流断路器部分采用快速机械开关和辅助电子开关串联作为主支路。在发生直流短路故障时,通过换流器部分与直流断路器部分控制方式的配合,可以将故障电流的能量转移到并联于直流母线间的能量吸收支路中,从而可以避免使用成本高且占地大的电力电子开关转移支路来分断故障电流。通过对一个1000MW/±320k V的双端柔性直流输电系统中的一极进行仿真研究,验证了IDCB-MMC可以有效清除直流短路故障电流。IDCB-MMC仅需在常规半桥MMC的基础上增加少量电容和开关器件,以及一个快速机械开关,在成本和占地上相对常规混合直流断路器方案有很大优势。IDCB-MMC在损耗方面也远小于各类具有直流故障阻断能力的改进型MMC拓扑结构。     

±500 kV双端柔性直流架空输电系统中混合式直流断路器重合闸操作暂态特性

±500 kV柔性直流输电系统采用架空线路输电方案时,输电线路出现暂时性短路事故的概率激增,需采用断路器实施重合闸以保障系统的可靠运行,目前直流断路器(DC circuit breaker,DCCB)重合闸时的暂态操作特性尚不清楚。本文建立了含换流站关键设备和混合式高压直流断路器在内的双端±500 kV伪双极柔性直流架空输电系统模型,研究了柔性直流输电系统单极暂时性对地短路故障发生后,混合式直流断路器开断至重合闸过程的电磁暂态特性以及直流断路器关键参数对其开断和重合闸特性的影响。仿真分析表明直流断路器能够在5 ms内切断该故障;由于换流阀不闭锁,断路器开断后换流变阀侧电流未降至0。150 ms故障去游离时间后断路器可在4 ms内重合闸,换流变阀侧电流和极线电压将在200 ms内振荡上升至额定运行工况。此外,随着RCD支路电容C增大,断路器关断性能降低,而断路器重合时固态开关支路与机械支路电流转移速率则与RCD支路的电容C无关。研究成果可为±500 kV柔性直流架空输电线路断路器性能校验提供相应的数据参考。     

基于FPGA控制的多电平电压质量调节装置研究

研究了基于4 H桥级联9电平结构的电压质量调节装置,采用现场可编程门阵列和数字信号处理控制,针对电力系统中出现的各种电压质量问题,提供了综合的解决方案。该方案能够对电力系统中发生的电压暂升、电压暂降、电压谐波、电压波动等问题进行复合补偿,从而保证系统的电压质量。最后设计研制了0.1 MVA/400 V低压样机,对于各种电压质量问题进行试验,并对数据结果进行分析,结果表明本装置可以有效补偿各种电压质量问题。     

微功耗交流稳压器

微功耗交流稳压器采用极简单的电子电路和稳定直流电压的方法,实现了对交流电压的稳定或调整,可稳定交流大功率或电力电源;该交流稳压器最大特点是,不采用工频变压器或工频电感,主电路不采用PWM脉宽调制,不产生EMI干扰,因此功耗极小而寿命极长,输出正弦波不失真,效率高达99.5%,安全可靠,节能环保,电路简单,成本低,制作安装容易。     

微功耗直流稳压器

微功耗直流稳压器采用电压切割和电压补偿的方法,实现了对直流电压的稳定或调整,该直流稳压器最大特点是,主电路不采用PWM脉宽调制,不产生EMI干扰,因此功耗极小而寿命极长,输出直流电压调整率高,效率高达99.5%,安全可靠,节能环保,电路简单,制作安装容易,其成本、体积、重量、功耗都是传统直流稳压器的十分之一。     

电压稳定研究述评

对国内、外电压稳定研究的现状做了概述,内容涉及到电压稳定研究的必要性、工业界的需要、模型与仿真、不稳定机理、防范措施和解析工具等,其中特别突出了对于与电压稳定性相关的安全性评估中的计算机方法和实时方面的问题。力求使读者掌握关于电压稳定研究的总体框架,并使一些重要概念清晰化。进而在此基础上指明了一些有待研究的方向,特别是紧密围绕工程需要的研究方向。     

静止无功发生器在电压不平衡下的工作特性及其对不平衡电压的补偿

电网电压不平衡对并网的电力电子装置有着十分重要的影响.本文详细分析了采用传统控制方法时静止无功发生器(SVG)在电网电压不平衡下的工作特性.为了降低不平衡电压对SVG的危害及其对负载的影响,在SVG补偿无功的基础上,提出一种多目标补偿控制策略.当电网电压严重不平衡时,SVG就从补偿无功的功能切换到补偿电压不平衡的功能,扩展了SVG的功能.仿真和实验结果验证了该方法的正确性.     

继电保护交流电压切换原理改进的几种建议

在湖南省电力系统双母线接线方式中,因为设计原理的原因会发生因直流失压导致交流小母线失压的情况,为此简单介绍此种电压互感器二次切换原理,并提出几点改进建议。     

1000 kV荆门变电站主变压器第三线卷额定电压选择及低压无功补偿设备配置

根据无功就地平衡的原则和投切无功补偿设备时对电压波动的限制要求,确定了1000 kV荆门变电站低压无功补偿设备的容量和分组方案。在此基础上,为保证低压设备运行的安全及灵活性,根据有关设计规程,结合工程实际经验,提出了主变压器第三线卷额定电压、低压电抗器和低压电容器的最高运行电压和额定电压。研究结论已作为特高压输变电设备研制和开发的重要技术依据。     

瞬时电压补偿装置的零序电压控制

分析了瞬时电压补偿装置（DVR）产生零序电压及其放大机理。分析表明，即使系统不存在零序回路，DVR都会在补偿控制中向系统注入微小的零序分量，该零序分量会对无零序回路系统侧电压造成不良影响。为此，提出了新的控制策略，该控制策略通过检测并消除指令中的零序分量，以破坏无零序电流回路系统的零序电压正反馈条件，消除DVR注入零序电压的不良影响。仿真结果表明，所提出控制策略是正确有效的。     

火电机组辅机变频调速系统低电压穿越测试

为了准确分析火电机组变频调速系统的低电压穿越能力,避免火电机组一类辅机（如给煤机、给粉机、空气预热器等）变频调速系统发生短时（小于5 s）电压暂降或中断供电造成设备损坏、机组停机或机组输出功率大量下降,提出了2种利用电压暂降发生器对火电机组辅机变频调速系统进行低电压穿越测试的原理和方法,通过对比分析研究,为变频调速系统改造前的低电压穿越能力实测和改造后的验收试验提供了理论参考,实践结果证明了该方案的可行性和正确性。     

上海农村380V电网电压偏低原因及解决措施

电压合格率是考核电能质量的重要指标。针对上海农村380V电网电压偏低现象,对造成低电压的直接和间接原因进行了分析,并结合实际提出了解决措施。