新型快速混合式转换开关设计

在介绍混合式转换开关的工作原理及其动作过程的基础上,针对其中关键的换流电路进行了重点介绍,包括缓冲电路及吸收电路的结构原理设计,通过增加切入开关的方法解决换流回路导通瞬间电流过大的问题,达到保护目的。为解决系统关断时过电压问题,采用了2种设计方法:直接并联法与缓冲电路法,并通过理论分析给出了相关参数的计算方法,在样机中进行了实验验证。结果表明,混合式转换开关比传统机械式转换开关具有更加良好的特性,如快速导通、分断特性及限压特性等。同时,简单介绍了基于涡流斥力原理的超快速机械开关及涡流斥力计算的一种方法。     

基于IGBT的混合式自动转换开关研究

对目前国内外自动转换开关的发展情况以及性能进行了分析和比较,在深入研究新型混合式断路器的基础上,阐述了一种基于IGBT混合式自动转换开关(HATS)的结构和工作原理,重点研究了该HATS的本体开关部分的合闸、分闸及限压特性,针对其动作特性,搭建实验平台模拟了该HATS的并联切换和串联切换方式,并具体分析和比较了2种不同切换方式的性能,实验结果表明:该HATS在保持机械转换开关静态特性的同时,其合闸和分闸动作的快速性、一致性及动作时的限压性能均得到改善。     

一种适用于混合式高压直流断路器负载换流开关的新型缓冲电路

基于混合式高压直流断路器的工作原理,提出了一种新型的负载换流开关缓冲电路。该电路通过2个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的简单控制,在混合式高压直流断路器分闸时,能阻断缓冲电容经超快速机械开关的放电通路;在混合式高压直流断路器短时间多次动作时,能保证缓冲电容每一次过电压的吸收效果,提高混合式高压直流断路器的速动性和可靠性。     

IGBT的瞬态保护和缓冲电路

IGBT绝缘栅双极性功率晶闸管是MOS管同双极性晶体管结合的产物 ,一般的IGBT模块都是几合一或一个IGBT一个续流二极管集成而成 ,IGBT的栅压不能过高 ,过高很容易击穿 ,所以IGBT的门极都并联两个反并联 15V～ 18V的稳压二极管。同时由于人体电容很小 ,积累少量电荷就能产生高压 ,所以尽量避免用于触摸IGBT的引脚 ,同时 ,在IGBT没有接入电路中长期放置时 ,应将其门极同阴极短路 ,在使用中要尤其注意IGBT的瞬态保护 ,否则很有可能损坏IGBT。     

基于新型混合式断路器的IGBT缓冲电路研究

分析了新型混合式断路器的IGBT开关特性,在总结3种传统IGBT缓冲电路的基础上,提出一种优化的适合于新型混合式断路器的IGBT缓冲电路。该电路能在不降低吸收过电压效果的基础上,改变充、放电回路的电容,使放电时间跟随电容改变而改变,满足具体主电路对IGBT导通时间变化的要求和满足不同IGBT开关频率的要求。通过仿真和理论分析证明了该优化缓冲电路的有效性和适用性。     

一种混合式高压直流断路器的换流特性研究

高压直流电网发生短路故障时,为了系统安全稳定运行,直流断路器应在很短的时间内切除故障线路,而电流转移过程是断路器成功切断故障电流的关键。文中对级联全桥混合式高压直流断路器换流过程进行分析,着重研究了故障电流分断过程中断路器的3次换流过程,并建立换流过程的等效模型。在PSCAD/EMTDC中仿真分析了3次换流过程的主要影响因素及其影响规律,得到混合式断路器的换流特性结论,为研制开断时间更短、开断容量更高的直流混合式断路器提供参考。     

高压直流工程直流转换开关分析与仿

从理论上分析了直流转换开关的开断电流特点。考虑直流开断电流和输电线路参数,分别建立金属回路转换开关（metallic return transfer breaker,MRTB）、大地回路转换开关（ground return transfer switch,GRTS）和中性母线开关（neutral bus switch,NBS）等直流转换开关在各运行工况下的仿真模型,对以上3类开关直流电流转换过程进行计算分析。结果显示,各开关开断2次电流时,避雷器吸收能量分别为10.9 MJ、4.4 MJ和4.2 MJ。可据此来合理配置避雷器参数和数量,保证系统安全可靠运行。     

基于自然换流和软关断的混合式断路器研制

混合式断路器(HCB)结合了机械式断路器和固态断路器的优点,是国际上断路器研究的新方向.阐述了自然换流和强制换流的原理及IGBT软关断技术.基于自然换流和IGBT软关断技术,研制了一种新型的HCB.试验表明,该新型HCB具有合闸和分闸动作的快速性、一致性及限压限弧特性.     

双级矩阵变换器混合式换流

针对双级矩阵变换器(TSMC)整流级窄脉冲处四步换流失效和宽脉冲处零电流换流较难追踪覆盖的不足,提出一种混合式换流方案,将脉冲分为宽窄脉冲,宽脉冲下采用四步换流策略,窄脉冲处采用零电流协调换流,零电流换流协调会导致逆变级载波为动态不规则波形,较难实现,提供了一种依据整流级开关占空比调整逆变级信号波的简易实现方法,分析了原理,给出了示意图.搭建了一台样机对上述方案进行了实验验证,结果表明该方案的采用在确保系统具有优良网侧和传动性能的同时,实现了安全可靠换流,从而有效消除了由上述问题导致的过电流/过电压尖峰,提高了系统可靠性,为TSMC进一步工程应用奠定了基础.     

双电源自动转换开关信号检测电路设计

设计了一种双电源自动转换开关信号检测电路。以PIC18F458为核心处理器,利用其A/D转换、CCP输入捕捉功能完成了双电源自动转换开关的电压、频率信号检测电路的硬件设计,并编写了相应的检测软件。该检测电路抗干扰性高、精度高,具有成本低、易维护的优点。     

基于IGBT的直流混合型固态断路器及其换流过程

分析和比较了各种固态断路器的优、缺点,提出了适用于直流电力系统的基于IGBT的混合型固态断路器.通过搭建的固态断路器试验平台,进行了直流短路电流分断试验,并理论分析了影响其换流时间的电路参数.与机械断路器分断短路电流实验结果的对比表明,该断路器能有效分断直流短路电流并且有分断时间快、限流能力强、无电弧等优点.     

IGBT的开关过电压保护电路研究

分析了ＰＷＭ逆变器开关过电压吸收电路的工作原理，推导出吸收电路的参数计算公式，并给出设计实例和实验结果。     

三阶段电流转移混合型无弧直流断路器

针对高压直流电路存在开断困难的问题,提出了一种无弧直流断路器的拓扑结构。该拓扑结构采用三阶段的电流转移方案,解决了基于传统强迫关断原理的混合型断路器开断时,高速机械开关在打开瞬间有较大的反向恢复电压,需要给预充电电容另加充电电源的问题。通过等效数学模型对工作阶段的临界时刻进行数学计算以及对其推导的正确性进行仿真分析。分析结果表明,采用所提出的拓扑结构不但可以使机械开关无弧分断,而且分断速度较快。     

基于全控型电力电子器件的强制换流型混合直流断路器

基于全控型电力电子器件的强制换流型混合直流断路器,在辅助换流电路分断过程中,缓冲电容放电会影响机械开关分断时间;当主断路器完成分断动作,线路能量仅仅依靠避雷器释放,避雷器投入费用较高,能量释放过程较慢,容易造成器件损坏,并影响避雷器使用寿命。提出一种强制换流型混合直流断路器方案,分析了该断路器工作原理,通过对比仿真验证了该方案的可行性。与传统基于全控型器件的强制换流型混合断路器相比,其在实现电流双向流动的同时全控型器件减半;阻止了缓冲电容放电对机械开关动作时间的影响;引入接地引流二极管,可使线路电流尽快减少到零。     

混合式高压直流断路器中的快速机械开关研究

针对能够应用于±160 kV南澳多端柔性直流工程的混合式高压直流断路器中的关键部件——快速机械开关进行了仿真试验研究。研究了快速机械开关采用两个80 kV的SF6断口串联方案,利用Ansoft Maxwell有限元软件对断口进行了电场仿真,结果表明断口动、静触头开距为15 mm时能够满足耐受80 kV直流电压的要求;研究了采用电磁斥力机构作为断口的快速操动机构的可行性,设计了电磁斥力操动机构样机,试验论证了快速机械开关可以在3 ms左右分闸到位。     

IGBT的驱动与保护电路研究

对电力电子功率器件IGBT的开关特性、驱动波形、功率、布线、隔离等方面的要求和保护方法进行了分析和讨论 ,介绍了IGBT的几种基本驱动电路和一种典型的集成驱动电路的应用     

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。     

混合式直流断路器IGBT关断能力提升技术研究

混合式高压直流断路器主要由快速机械开关和电力电子器件构成,主要依靠快速机械开关承载电流,通过电力电子器件开断和关合电流,为基于MMC柔性直流输电提供直流侧短路保护。但是直流断路器分断电流大,远远高于IGBT常规分断能力。文中根据直流断路器IGBT的特殊工作条件和电气应力,分析影响IGBT关断能力提升的影响因素,分别从降低IGBT导通损耗、关断损耗和抑制IGBT关断过电压等3个方面提升IGBT的可关断电流能力。文中首先仿真不同回路参数对IGBT损耗的影响,通过优化IGBT退饱和能力和关断过程暂态特性,降低关断损耗,最终完成IGBT结温仿真校核。同时通过研究IGBT关断过电压的影响因素,仿真不同回路参数对IGBT过电压的影响,提出抑制IGBT的关断暂态过电压的具体方法。研制50 kV转移支路阀组,搭建试验平台,完成26 kA的大电流开断,IGBT稳态损耗和暂态损耗都得到有效控制,相关技术和研制设备已经应用张北工程±535 kV混合式高压直流断路器项目,具有十分重要的工程意义。