高压直流断路器系统开断条件仿真研究

为分析高压直流断路器在实际高压直流输电系统中的各种故障情况及其开断条件,笔者利用PSCAD/EMTDC仿真软件,根据高压直流输电系统的结构和控制方式,搭建了背靠背高压直流输电系统仿真模型。仿真研究了单端高压直流输电系统不同位置发生单相、异相、三相及直流母线短路等故障情况下的暂态特性。仿真结果表明,该仿真模型有很好的动态响应特性,能够有效模拟单端高压直流输电系统的各种短路情况。同时,结合高压直流系统的控制方式对各种短路情况进行了研究分析,找出了在系统中对高压直流断路器的开断较为苛刻的情况。经过参数分析得到了各种不同故障情况下对直流断路器的开断影响较大的故障电流峰值、最大故障电流上升率等系统参数。从而为多端高压直流输电网络建模分析、高压直流断路器型式试验及其标准的制定、高压直流断路器的发展提供借鉴。     

换流站交流开关场最后断路器／线路保护逻辑分析

最后断路器／线路保护逻辑是直流输电工程中所特有的,本文结合云广（云南-广东）±800kV特高压直流输电工程的送电端楚雄换流站的实际情况,详细介绍了楚雄换流站交流开关场最后断路器及最后线路的动作逻辑及保护动作跳闸情况。     

机械式高压直流断路器开断性能试验研究

高压直流断路器是多端直流输电及高压直流系统联网的基础和安全保障,它不仅要能够开断短路电流而且要能够开断小负载电流,实现对高压直流系统的保护及控制功能。文中在振荡回路中对机械式高压直流断路器开断大电流及小电流的性能进行了测试。分别测试机械式高压直流断路器开断17.5 kA和开断50 A电流时的恢复电压值和恢复电压变化率。在试验中发现机械式高压直流断路器开断17.5 kA电流时可以在叠加高频振荡电流后的第1次过零点处开断,但是在开断50 A电流时需要在第2次电流过零点处才能开断。开断50 A电流时机械断路器上的恢复电压及恢复电压变化率均比开断17.5 kA电流时相应的值大。这一测试结果有助于全面了解高压直流断路器的性能。     

环网式三端直流输电系统及直流断路器应用的分析与仿真

分析了多端直流输电系统的基本原理,利用 PSCAD/EMTDC 软件建立了多端直流输电系统仿真模型,并建立了含直流断路器的多环网式多端直流输电系统模型,通过仿真研究了直流断路器开断直流输电线路的过程,分析直流断路器在环网式多端直流输电系统中的作用.对直流断路器切除环网式三端直流输电系统一条输电线路的过程及切除故障换流站分别进行了仿真分析.仿真结果表明,当利用直流断路器切除环网式多端直流输电系统的一条输电线路时,输电线路的电流重新分配,能保证功率输送的连续性.在这种情况下,对各个换流站输出或输入的功率影响不大,对与直流系统连接的交流输电网影响很小.当切除故障换流站后,该系统最大限度地保持功率传输及电流的有效分配,保持稳定运行     

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。     

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。     

高压直流断路器检测系统的研究与应用

高压直流断路器的运行状况直接影响到直流输电系统的安全可靠运行,相比常规交流断路器,直流断路器增加振荡和吸能等辅助回路,导致其检测量和复杂性大大增加。常规离线以及基于蓝牙和GPRS的高压直流断路器检测技术基本都只针对振荡回路的特征参数,且现场应用局限性大。本文分析了上述检测方法的不足和缺陷,提出涵盖高压直流断路器本体、振荡回路和吸能回路的一体化检测系统,以及基于模糊数学理论的综合状态评估体系,可实现对高压直流断路器状态的整体评估和全面诊断。     

双电容混合型直流断路器

在混合型直流断路器的基础上采用电流转移法,针对高压直流系统短路故障问题提出了一种双电容混合型高压直流断路器的拓扑模型.不仅能让高速机械开关在零压零流的条件下安全无弧分断,附带自充电功能,而且可以大幅度降低单电容直流断路器分断时的反向充电电压,从而缩短了拓扑运行时间.对拓扑运行中的各个临界阶段进行数学公式推导,通过仿真验...     

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。     

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。     

高压直流输电系统逆变站最后断路器跳闸装置配置原则

高压直流输电系统逆变站最后断路器跳闸装置是非常重要的换流站直流系统控制设备,主要防止直流系统运行时逆变站交流负荷突然全部断开造成换流站交流侧及其它部分过电压,导致交、直流设备绝缘损坏。文章结合我国第一个全面国产化高压直流工程——灵宝背靠背直流联网工程,分析了最后断路器跳闸装置配置原则,结合工程系统调试实际对该控制功能进行了优化和完善,并总结了最后断路器跳闸装置设计原则和调试经验,这些经验同样适用于其它高压直流输电系统,有助于提高我国高压直流输电工程的设计、调试和运行水平。     

直流三端子输电特性的研究

在使用他励式电力换流器的并列式直流多端子送电系统中，根据电力系统的需要，有时对支线换流站进行从整流到逆变，或者与之相反的切换，为了对支线换流站的电压极性进行切换必须使支线换流站与直流系统一时脱离，这样极为不便，为了解决这一问题，如果在需进行上述切换的支线换流站设置双向电力换流器，在进行由整流到逆变，或与之相反的切换时，则不必使支线换流站与直流系统相脱离，只需用正弦波电流跟随控制方式，改变基准电流的     

基于故障仿真分析的高压直流断路器测试要求的确定方法

开发快速、低损耗和可靠的高压直流断路器对直流保护具有重要意义,合适的测试要求是检验直流断路器性能的重要依据。由于直流系统电流没有自然过零点,并且感性元件储存着巨大的能量,使高压直流断路器的测试与交流断路器的测试有着本质的区别。通过对多端高压直流电网中故障电流的详细分析,确定了接地故障发生后的3个阶段,即子模块电容放电阶段、臂电流衰减阶段、交流馈电阶段,讨论了各阶段对故障电流影响较大的关键参数。通过仿真,研究了连接到直流母线的线路数量和故障位置等参数对高压直流电网的影响,为高压直流断路器测试要求的确定提供了依据。     

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。     

特高压直流输电工程中最后断路器策略的分析

糯扎渡送电广东直流输电工程额定功率5 000 MW,每极采用双极12脉动阀组串联接线方式,额定电压±800kV。为了使阀组在与交流系统失去联系的同时执行直流紧急闭锁程序,保证主设备避免过电压的危害,为每个阀组配置了最后断路器保护。文中分析了以往工程阀组最后断路器保护跳闸的原理,指出阀组最后断路器判断逻辑仅考虑本串是不完备的;且针对现有最后断路器先验式判断逻辑的不足,提出基于路径上重合节点的判断方法,能根据交流场的实时运行工况判断出每个阀组的最后断路器。该方法规则统一,逻辑完备,对后续高压直流工程设计、应用具有参考意义。     

200kV高压直流断路器操作拒动故障原因分析及建议

高压直流断路器是多端柔性直流输电工程换流站内重要的电气设备,直接关系到柔直系统运行的可靠性。根据±200 k V高压直流断路器在系统操作合闸过程中,出现的位置信号未及时返回控制系统,断路器后序无法进行分闸操作的故障现象,经报文分析判断和现场故障检测,得出故障原因是断路器开关内极柱分位传感器位置偏移,造成分位信号响应延迟、断路器拒动。最后通过将分位传感器调整至正常工作位置的方法解决了该问题,并提出了需要制定高压直流断路器检修规程及监控后台增加断路器操作次数统计功能的建议。     

高压直流断路器在舟山柔直工程中的应用

舟山柔直工程采用的直流断路器实现了世界上首套高压直流断路器的商业化应用。鉴于此,阐述了混合型高压直流断路器在舟山柔直工程中的应用情况,包括该直流断路器的拓扑结构、工作原理、技术指标、工程配置情况和选型依据等。然后,提出了基于直流断路器的柔直系统换流站单站投退的策略。基于仿真和现场试验,对所提出控制策略的有效性进行了验证。结果证明：采用高压直流断路器或混合气体绝缘开关（HGIS）后换流站可有效实现带电投退,且投退过程中直流电流不会发生突变现象,提升了柔直工程的运行灵活性。最后,在现有技术的基础上,提出了未来直流断路器及直流电网发展需要解决的关键问题。     

基于新型全桥变换器的高压直流断路器研究

基于新型全桥变换器拓扑和新的控制方法,提出了一种应用于高压直流输电(HVDC)系统中的高压直流断路器。该断路器能够在升压和降压稳定运行时快速切断短路电流故障。相对于其他文献中已提出的高压直流断路器拓扑,基于新型全桥变换器的新型电力电子高压直流断路器具有更好的控制功能、更低的制造成本及更少的能量损失,对HVDC的稳定和可靠性均具有重要的研究意义。     

直流断路器的研发现状及展望

可靠有效的电力供应以及开发利用可再生资源对于改进电力传输模式提出了巨大的挑战。基于低损耗、远距离、大功率输电以及更有效地连接可再生能源入网和便于灵活操作的优点,高压直流输电(HVDC) 得到了新的重视。特别是电压源换流器(VSC)技术的出现使得多端高压直流(MTHVDC)电网的筹建发展成为可能并越来越具吸引力。目前,多端高压直流电网技术上的主要挑战,如网络结构的拓扑设计、大容量电缆、保护和开断短路电流的直流断路器等成为热门话题。对于多端高压直流电网,具有快速开断直流故障电流和隔离故障功能的直流断路器是必不可少和至关重要的。只有应用高压直流断路器,才有可能采用多端高压直流实现多个节点连接的可再生能源入网或退网、及时快速分离故障并可保证系统的安全可靠运行。 虽然目前市场已有高压直流断路器,且有一些已在超高电压系统运行,但它们直接开断短路故障电流的开断能力较低,且都是作为转换开关将故障电流从一个电路转换到另一电路,最后由交流断路器完成开断,其开断时间较长,系统欠稳定。故具有高开断能力的高压直流断路器仍然是MTHVDC的发展的一个瓶颈,限制着MTHVDC的发展。因此,一场研发高压直流断路器的激烈竞争在ABB、西门子和阿尔斯通等国际电力设备制造商之间正在悄然进行。本文着重介绍了高压直流断路器的发展及其研发的必要性和迫切性,介绍了目前高压直流断路器的最新发展状况、现存的挑战和未来展望。     

高压直流断路器试验技术研究

文中主要介绍了机械式高压直流断路器的试验技术,它分为有源型和无源型高压直流断路器,并分别介绍了两种高压直流断路器的试验回路原理、试验方法以及两种高压直流断路器在大容量试验室完成容量开断试验的情况,给出了试验相关数据和典型试验示波图,为更高电压等级的高压直流断路器的研发试验提供技术支持。