电流转移型高压直流断路器

混合式高压直流断路器是目前处理直流电网故障较为认可的一种方式,但其存在造价昂贵、使用个数多等问题。为有效解决此类弊端,提出一种电流转移型高压直流断路器,并对其故障隔离控制时序进行了研究。电流转移型高压直流断路器借鉴了混合式高压直流断路器的关键部件和设计理念,将直流母线以及与其相连的混合式直流断路器进行了整合,以整体概念对断路器进行了再设计,优化了设备利用价值。在保证同等直流故障处理能力的前提下,相比混合式高压直流断路器,其投资成本大幅度降低。为验证电流转移型高压直流断路器的有效性,在PSCAD/EMTDC内建立了一个三端单极直流网络模型。仿真结果验证了电流转移型高压直流断路器在隔离直流线路故障方面的可行性和有效性。     

混合式直流断路器在柔性直流电网中应用初探

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流电网技术是未来电力系统输电技术的发展方向之一,但面临快速清除直流侧故障的巨大挑战。分析比较3种隔离直流侧故障的方法,选择混合式直流断路器作为隔离直流侧故障的方案。结合基于差动电流的直流故障检测技术,提出考虑线路分布电容的柔性直流电网保护方案,包括线路保护和母线保护,并论述保护参数的选取原则。在PSCAD/EMTDC仿真平台上建立一个4端柔性直流电网模型,验证所提基于混合式直流断路器的差动保护方案的有效性和可行性。结果表明,所提的差动保护方案满足了保护的选择性和速动性要求,运用混合式直流断路器可在数ms内清除柔性直流电网的直流侧故障。     

具备潮流控制功能的组合式高压直流断路器

针对直流电网目前面临的2个关键性问题:直流潮流控制自由度不够和直流线路故障,文中提出了一种适用于直流电网的具备潮流控制功能的组合式高压直流断路器。首先,介绍了模块化多电平潮流控制器和混合式高压直流断路器的基本结构和工作原理。然后,提出了一种组合式高压直流断路器,介绍了它的基本结构、配置原则、控制方式和工作原理;基于单换流器直流侧故障分析模型,分析了组合式高压直流断路器处理直流线路故障的可行性。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了四端柔性直流输电系统,分别对组合式高压直流断路器的直流潮流控制能力和直流故障处理能力进行了仿真。仿真结果表明:组合式高压直流断路器能够很好地控制直流潮流,并具有处理直流线路故障的能力。     

基于广义H桥电路的混合式直流断路器

基于多端直流电网快速发展的现状，针对直流故障清除问题，提出了一种基于广义H桥电路的高压混合式直流断路器。利用H桥结构电流双向流动的特点，将转移开关和主断部分以二极管H桥的形式实现复用，并且取消了常见的反并联二极管，在保证直流故障处理能力不变的前提下，所需IGBT（绝缘栅双极型晶体管）数量大幅减少。为了验证基于广义H桥电路的混合式直流断路器及其故障隔离方法的有效性，在PSCAD/EMTDC平台搭建了四端直流电网测试系统，仿真验证了其可行性。同时将本方案和其他方案进行了拓扑、器件成本方面的对比，结果表明本方案具有良好的经济性。     

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。     

模块级联多端口混合式直流断路器研究EI北大核心CSCD

高压直流断路器是解决多端及直流电网故障快速隔离的有效方式,近年来发展迅速,国际上完成了多种技术路线样机开发与工程应用。混合式高压直流断路器是当前主流技术路线,因采用大量全控器件,利用率低、成本较高,制约了其在直流电网中规模化应用。该文针对直流电网中多直流出线应用场景,基于模块级联技术提出一种多端口混合式直流断路器拓扑,阐述其在典型系统故障工况下动作原理,完成核心部件电气应力数值分析与设计,仿真研究所提方案在四端直流电网应用性能,完成与现有技术对比分析,论证所提出多端口组合开断方法可行性与实用性,为高压直流断路器技术经济性能提升提供解决方法,推动高压直流断路器在直流电网中更为广泛应用。     

适用于直流电网保护的高压直流断路器时序配合方法

世界范围内风电、光伏大规模开发利用,其所占发电比例不断增加。柔性直流电网作为支撑高比例新能源接纳的重要手段,已成为电网发展的重要方向。高压直流断路器作为柔性直流电网隔离直流故障的关键设备也受到了越来越多的关注。提出了一种直流电网保护中高压直流断路器的新型时序配合方法,该方法可以在直流断路器拒动情况下有效减小其余直流断路器的开断直流故障电流水平,同时缩减故障隔离时间和减小直流断路器中耗能支路耗散的能量。同时,提出了一种适用于直流断路器配合,用于检测直流断路器是否存在拒动的故障判断方法。在PSCAD/EMTDC中的仿真结果验证了所提出新型时序配合方法和故障判断方法的正确性和有效性。     

基于混合旁路MMC-HVDC直流故障隔离技术研究

模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)在直流电网中具有较大的应用潜力。当前各类MMC拓扑中,半桥型MMC具有最佳经济效益,但缺乏直流故障清除能力。针对柔性直流架空线路频发的瞬时性直流故障,本文提出了一种模块化多电平混合旁路直流故障隔离方案。当直流侧发生故障时,导通旁路晶闸管,利用避雷器去除桥臂剩余电流并用快速机械开关迅速隔离直流线路。混合旁路故障隔离方案能够快速隔离换流站与直流线路,并可以在隔离后迅速起动换流器做STATCOM运行。通过在PSCAD/EMTDC建立双端柔性直流输电仿真模型。     

适用于直流电网的分区保护策略

利用直流断路器进行故障清除是目前直流电网主流保护方案,但高压直流断路器价格昂贵,直流线路均配置直流断路器的保护成本高。首先提出了一种适用于未来大规模直流电网的分区保护策略,以最小直流断路器使用数量为目标,兼顾系统供电可靠性。其次定性分析了采取分区保护策略所引起的部分功率中断对系统的影响,综合考虑了因故障直流区域功率中断产生的不平衡功率、控制方式、换流器类型等因素,制定了直流电网分区的基本原则。然后,根据直流断路器、换流器、DC/DC变换器、交流断路器、快速隔离开关等故障清除元件的特性,制定了详细的时序配合策略。最后,通过在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建7端直流电网,仿真验证了所提直流电网分区保护策略与相应时序配合策略的正确性。     

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。     

500 kV整流型混合式高压直流断路器

直流断路器作为柔性直流电网故障元件的快速隔离装置,是构建直流电网的关键设备,能够大力支撑大规模新能源的高效并网和消纳。文中提出一种整流型混合式高压直流断路器电路拓扑,采用桥式换向阀组和单向开断阀组构成分断支路,与常规拓扑相比,使用一半数量的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)即可实现电流双向开断,经济性好和可靠性高。文中详细介绍了整流型混合式高压直流断路器的拓扑结构及其开断工作原理,并提出预分闸控制策略和软合闸控制策略,以缩短分闸时间和减小合闸操作冲击。研制了一台额定电压500kV,额定电流3kA,最大开断电流25kA,开断时间小于3ms整流型混合式高压直流断路器样机。实验结果验证了整流型混合式高压直流断路器电路拓扑的可行性和有效性     

柔性直流电网用混合式高压直流断路器特征参数提取及应用

在半桥型模块化多电平换流器联合混合式高压直流断路器构建的柔性直流电网中,直流断路器特征参数与直流系统配置参数之间存在紧密关联。特征参数是系统能力投射到断路器上的外在表现,一方面反映系统的出力水平,另一方面反映断路器承受最苛刻整机应力能力。特征参数提取是实现混合式高压直流断路器在柔性直流电网中工程应用的理论基础。该文在对混合式高压直流断路器应用、原理、工况理论分析的基础上,提取混合式高压直流断路器五种特征参数,并揭示各参数之间的数学联系,论证各特征参数的具体影响。建立的系统级混合式高压直流断路器PSCAD/EMTDC运行数字仿真电路验证了特征参数提取与其影响效果的正确性。实施的200k V断路器整机分断试验结果验证仿真电路和数学分析的准确性。该文结论能够有效指导混合式高压直流断路器的设计与应用。     

高压直流断路器技术发展与工程实践

发展直流电网技术需要能够快速分断电流、经济可靠的高压直流断路器解决直流故障隔离问题。通过对比直流系统故障隔离的几种技术方案,表明应用直流断路器隔离直流故障可在保障换流设备安全的同时,有效维持系统中健全部分的供电持续性,是直流故障隔离较为有效的解决方案。在分析直流电网对高压直流断路器技术性能要求的基础上,对机械式直流断路器和分别基于晶闸管和绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的2种混合式直流断路器的电流分断特点和发展现状进行了阐述。提出换流技术、杂散参数优化技术、与系统的协调配合技术和试验技术是高压直流断路器技术发展面临的主要技术挑战。最后,对高压直流断路器在舟山五端柔性直流输电工程中的应用情况和即将开展的张北直流电网工程进行了介绍。     

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。     

基于源网配合的MMC直流电网自适应故障清除方案

随着模块化多电平换流器(modularmultilevel converters,MMC)在架空线直流输电和柔性直流电网中的广泛应用,直流线路故障清除问题越来越突出,如何实现直流线路故障的快速清除成为制约MMC柔性直流电网发展的关键问题之一。作为直接有效的解决方案,混合高压直流断路器(direct current circuit breaker,DCCB)还不够成熟,高速大开断容量DCCB的研制仍有困难。文中通过挖掘和利用MMC控制的灵活性,提出一种适用于架空线半桥型MMC柔性直流电网的源网配合自适应故障清除方案。在直流故障期间,该方案利用MMC调压控制策略减少源侧子模块投入数量,降低换流器桥臂单元输出电压,并与网侧断路器预充电电容电压自适应配合,使MMC桥臂单元输出电压小于预充电电容电压,利用电压差使故障电流迅速下降至零,达到切断故障电流并清除故障的目的。首先介绍所提故障清除方案中源侧MMC调压控制原理和网侧断路器拓扑结构,然后分析该方案的工作原理,并推导该方案下半桥型MMC的直流故障电流计算方程,给出调压控制器控制系数和网侧断路器元件参数设计方法,最后在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台上搭建基于半桥型MMC的四端柔性直流电网模型,对所提故障清除方案的有效性进行仿真验证。     

模块化混合式高压直流断路器研究与应用

多端柔性直流与直流电网为提升大规模可再生能源并网与消纳提供了灵活高效的解决途径,高压直流断路器可实现直流电网故障区域快速隔离,是构建直流电网的核心设备。混合式直流断路器兼顾传统机械式和固态式优点,低损与快速开断特征满足高压大容量直流系统需求。该文针对模块化混合式直流断路器拓扑,详细阐述了其构成、基本原理与技术特点,完成了设计参数数学解析。结合舟山五端直流和张北直流电网应用需求,开发200kV和500kV等级直流断路器,开展部件功能与整机型式试验。建立PSCAD仿真模型,分析直流断路器应用于舟山工程开断性能,实现了200kV直流断路器工程运行,完成系统故障电流和人工短路试验电流开断。试验和运行结果验证设计正确性及样机性能,为灵活可靠的多端及直流电网建设提供了技术支撑。     

新型组合式直流断路器拓扑及其性能分析

基于强迫换流原理的混合式直流断路器具有速动性良好、可低损耗经济运行的优点,但应用于大规模的柔性直流电网时造价高、经济性差。组合式直流断路器的拓扑,通过在换流站对应的每条母线上仅采用一个昂贵的主断部分,可以有效降低断路器的一次造价,但现有的组合式断路器在任一线路故障动作时存在主断开关接地过程,同时不具备对快速机械开关的失灵保护功能。为此,提出一种新型的组合式直流断路器拓扑,分别分析了其在正常运行时分闸、合闸,线路故障时分闸、重合闸与快速机械开关失灵时动作过程的工作原理,同时对新型组合式直流断路器拓扑的可靠性、适应性等问题进行了分析并给出相应的应对策略。最后在PSCAD/EMTDC软件上对所提组合式断路器的性能进行了仿真分析与验证。     

基于晶闸管的电压钳位型混合直流断路器

直流断路器是保障直流电网安全稳定运行的关键设备,而当前的直流断路器方案普遍存在故障清除速度慢、限流效果差、重合闸时间长等问题。为解决上述问题,提出一种基于晶闸管的电压钳位型混合直流断路器。所提直流断路器通过可变钳位电压迫使故障电流下降过零,实现故障快速清除;故障清除期间不会加剧短路电流的上升,具备良好的限流能力;具备快速重合闸功能,适用于直流电网瞬时性故障场景。阐述所提断路器的拓扑结构与工作原理;对其开断过程展开理论推导;最后,分别在PSCAD/EMTDC两端直流系统、四端直流电网模型中验证其有效性与适用性。     

基于LC电源的混合式高压直流断路器分断试验方法

直流断路器分断试验为运行试验中最为核心的部分,其有效性直接关乎直流断路器电气性能的验证。该文针对柔性直流电网用混合式高压直流断路器分断试验展开研究,目的在于提出具有工程可行性的分断试验方法和试验参数。首先,在对混合式高压直流断路器原理和工况分析的基础上,揭示了混合式高压直流断路器整机应力特性;然后,在应力提取的基础上,提出了LC电源试验电路以及参数;最后,通过200 k V断路器整机短路电流分断试验验证了试验电路和试验方法的准确性。实验结果可为混合式高压直流断路器试验系统设计提供参考。     

基于换流站节点类型的直流断路器配置方法

直流电网是应对远距离大容量输电、新能源并网及消纳等问题的有效手段,然而其低阻尼特性、故障发展速度快的特点使得其隔离故障困难,研究提升直流电网故障清除能力具有重要意义。本文基于电网中直流断路器的配置要求,提出了一种基于换流站节点类型的直流断路器配置方法,其次介绍了不同故障情形时该配置方法中直流断路器的动作时序、重合闸策略,并介绍了输电线路保护判据及与换流站协调配合的措施。最后在PSCAD/EMTDC中搭建三端混合仿真模型,对本文所提配置方法与传统的配置方法下的故障进行仿真对比分析,仿真结果表明,所提配置方法能够快速隔离高压直流电网中的故障,减少停电范围,提高供电可靠性,可作为实际系统的一种可行方案。