首要扼要回顧了直流電源斷路器的國內(nèi)外研討現(xiàn)狀及優(yōu)缺點,在此基礎(chǔ)上提出了一種帶有限流功用的高壓直流電源斷路器拓撲。
該拓撲選用絕緣柵雙極晶體管（IGBT）作為主開關(guān)器材,具有斷路、限流等功用,并具有通態(tài)損耗小、關(guān)斷電流大、電壓等級高的長處;可靈敏配置支路數(shù)量以調(diào)理每個支路的作業(yè)電流及毛病下的限流效果,進而避免或削減大容量場合下IGBT的直接并聯(lián)。
PSCAD/EMTDC環(huán)境下的仿真結(jié)果表明該斷路器具有杰出的限流、斷路功能,毛病電流上升率及峰值比較于現(xiàn)有計劃得以顯著下降,驗證了理論剖析的正確性和計劃的可行性。
高壓直流電源（High VoltageDirect Current，HVDC）輸電因為具有許多長處，已成為近年來的研討熱門?，F(xiàn)在國內(nèi)外對柔性多端高壓直流電源輸電體系、直流電源電網(wǎng)的研討日益深化。由多端直流電源輸電體系開展而來的直流電源電網(wǎng)是一種新式的電力傳輸網(wǎng)絡，每個溝通體系經(jīng)過換流站與直流電源體系相連，各直流電源線路可以自在銜接，相互作為冗余運用。
相對于雙端或多端直流電源輸電體系，直流電源電網(wǎng)有以下長處：削減了換流站的數(shù)量進而下降了本錢與損耗，一個線路退出運轉(zhuǎn)不會形成任何一個換流站的中斷運轉(zhuǎn)；每個換流站以不同的功率并網(wǎng)運轉(zhuǎn)；每個溝通接入點的能量交換可以被靈敏操控。
但是，直流電源電網(wǎng)的完成有必要一起滿足高效能、高可靠性、高可控性，因為直流電源線路的自在銜接特性，一旦發(fā)作毛病，如不把毛病線路阻隔，將影響全網(wǎng)的安全運轉(zhuǎn)，這時具有毛病穿越才干的換流站已不能滿足要求，所以高壓直流電源斷路器必不可少。
直流電源斷路器與溝通斷路器的作業(yè)進程有很大不同，首要原因是直流電源電流沒有過零點，給關(guān)斷作業(yè)形成很大的困難，并且直流電源體系若發(fā)作毛病，毛病電流的上升速率遠比溝通體系的大。毛病過電流會對體系設備形成破壞，所以需求有更快的毛病切除速度，一起需求迅速吸收儲存在體系電感中的能量。
現(xiàn)在有許多文獻和專利提出了不同的高壓直流電源斷路器計劃。呈現(xiàn)最早的是機械式高壓直流電源斷路器，首要由機械開關(guān)、反向電流發(fā)作電路、能量吸收回路組成。
該型斷路器首要分為自激振動過零點型、預充電振動過零點型。自激振動型具有結(jié)構(gòu)簡略、易于操控、本錢低的特色，但需求幾十毫秒后才干形成人工過零點；預充電振動型可在數(shù)毫秒之內(nèi)分斷，但需求添加電容器充電回路，設備繁復、操控完成雜亂。
20世紀70年代呈現(xiàn)了選用晶閘管的全固態(tài)高壓直流電源斷路器，80年代跟著門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-offThyristor，GTO）、絕緣柵雙極晶體管（Insulation Gate Bipolar Transistor, IGBT）等全控型器材的呈現(xiàn)，給全固態(tài)直流電源斷路器提供了新的器材挑選。
1987年，美國研制的200V/15A全固態(tài)直流電源斷路器運用GTO作為主開關(guān)器材； 1999年，Houston大學研宣布電壓等級為500V的固態(tài)直流電源斷路器；2005年，美國電力電子體系研討中心（CPES）將固態(tài)直流電源斷路器樣機的電壓/電流等級提高到4.5kV/4kA。文獻 [10-13]對固態(tài)高壓直流電源斷路器進行了研討，但因為這幾種結(jié)構(gòu)通態(tài)損耗較大，本錢較高，所以實用性較差，約束了其在高壓范疇的使用。
為了兼顧機械式斷路器的低損耗與固態(tài)斷路器的高分斷速度的優(yōu)勢，文獻[14]提出了混合型直流電源斷路器，該型斷路器的特色是，在正常作業(yè)時導通低損耗通路，需求堵截電路時先將電流由低損耗通路搬運到電力電子斷流回路，然后再關(guān)斷電力電子器材，將電流再次搬運到能量吸收回路。
ABB 公司在2012年研宣布了電壓等級320kV，額外電流為2kA的混合式高壓直流電源斷路器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，首要由兩個支路組成：榜首支路、第二支路（包括能量吸收回路）。
其中榜首支路具有低通態(tài)損耗的特性，在正常運轉(zhuǎn)時導通，以下降斷路器的運轉(zhuǎn)損耗，毛病發(fā)作時經(jīng)過開關(guān)操控將電流由榜首支路搬運到第二支路，隨后關(guān)斷該支路中的電力電子器材，體系能量由能量吸收回路耗散掉。
圖1 ABB研制的混合式高壓直流電源斷路器結(jié)構(gòu)
ABB混合式高壓直流電源斷路器沒有選用限流開斷技能，且在檢測到毛病發(fā)作后需先進行電流搬運操作，電流順利搬運且阻隔開關(guān)徹底翻開后才干執(zhí)行斷路操作?？紤]到毛病點有可能間隔較遠、信號傳輸推遲以及檢測算法耗時等要素，準確的毛病檢測時刻一般大于2ms，且快速阻隔開關(guān)動作時刻需2ms。
因為直流電源體系毛病電流上升率遠大于溝通體系，且IGBT的過電流才干有限，毛病電流將超過該型斷路器的關(guān)斷上限，約束了該型斷路器的額外電壓電流等級，且能量吸收仍需求一定的時刻。因而該拓撲無法滿足當時直流電源輸電高電壓、大電流的開展需求。適用于高電壓、大電流場合的直流電源斷路器的研制現(xiàn)已得到了高度的重視。
本文提出了一種限流式高壓直流電源斷路器拓撲，選用IGBT作為主開關(guān)器材，具有模塊化的特色，可靈敏挑選支路數(shù)量以增大斷路才干并減小每個電力電子器材的作業(yè)電流。
比較于現(xiàn)有高壓直流電源斷路器拓撲，該拓撲可以在疑似毛病發(fā)作（如直流電源電流上升率驟變，直流電源側(cè)平波電抗器兩頭電壓驟變，但此時也有可能僅僅小的擾動）時發(fā)動限流操作，按捺毛病電流上升率，待毛病準確判定時進行斷路操作或康復正常運轉(zhuǎn)狀況，所以更適用于高電壓、大電流的場合。
一起因為多個支路的存在，每個支路流過的電流較小，然后可避免或削減IGBT直接并聯(lián)運用，具有關(guān)斷速度快的特色；隨后建立了該拓撲的等效電路圖，并對其進行了剖析和研討；最終將其與現(xiàn)有干流斷路器結(jié)構(gòu)進行了比照剖析，并經(jīng)過仿真驗證了該拓撲可以快速地進行限流和斷路操作，且斷路和限流瞬間各個器材所接受的電壓電流應力都在所設計的范圍內(nèi)。
定論
本文對高壓直流電源斷路器的拓撲進行了研討，在剖析了ABB混合式高壓直流電源斷路器的基礎(chǔ)上提出了一種限流式固態(tài)高壓直流電源斷路器，建立了所提斷路器在每個作業(yè)狀況的數(shù)學模型，并對其進行詳細剖析，得出所提拓撲具有以下特色：
1）可以快速下降直流電源體系中的毛病電流值以及毛病電流上升率，若不限流，依據(jù)仿真體系的毛病電流上升率，在現(xiàn)在技能條件下關(guān)斷時毛病電流可達27kA，而限流操作下毛病電流最大值為12kA。所以限流操作可以容許更長的毛病檢測時刻，避免誤判并保證體系設備特別是換流閥不呈現(xiàn)過電流。
2）各電感支路功率器材的電流應力小，通態(tài)損耗隨支路數(shù)量增大而下降。
3）可對電感支路數(shù)進行優(yōu)化以在斷路器功能與造價之間進行折中。
4）在高電壓大容量場合，因為限流的效果，該斷路器的總IGBT運用量相對于ABB與全球動力互聯(lián)網(wǎng)研討院的計劃得以下降。
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