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(luò)，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(shè)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(yù)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(yù)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(shè)備繁復(fù)、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(xué)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(dǎo)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(dǎo)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(dāng)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(fù)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(yīng)力都在所設(shè)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(xué)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(shè)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(yīng)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。
手機掃描二維碼
