基于全控型电力电子器件的强制换流型混合直流断路器

作     者：于海 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李尔平;迟颂

授予年度：2016年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：直流输电 直流断路器 强制换流 混合直流断路器 接地引流 数学分析 

摘      要：随着直流输电技术以及大功率电力电子器件地不断发展,直流输电工程日益增长,直流输电逐渐向多端口模块化发展。然而,直流系统线路阻抗低,当发生短路故障时,线路电流上升迅速,在很短的时间内上升到电网难以承受的水平。直流断路器,作为直流输电的关键设备,能够快速隔离故障,日益受到人们的关注。混合断路器继承了固态断路器动作迅速以及机械断路器通态损耗低的特点是目前研究的主流方向。文章着重分析了混合直流断路器,根据换流方式的不同,将直流断路器分成三类,分析每一类的优缺点,并对目前存在的技术问题进行了总结。基于全控型电力电子器件的强制换流型混合直流断路器,为实现电流双向流动,需要固态开关反串联,这就造成全控型电力电子器件投入费用的增加;缓冲电路一般都是基于经典的RCD缓冲电路,由于辅助换流电路中的缓冲电容放电,电流回流,影响机械断路器动作时间;直流断路器能量消耗过程,只依靠避雷器,这样不但给避雷器造成压力,增加雷器投入费用,而且能量消耗过程缓慢,影响器件设备的可靠性以及使用寿命。针对上述问题,本文提出两种改进方案:第一种方案,利用二极管桥,双向共用一组固态开关,辅助换流电路串联二极管,以防止缓冲电容放电,电流回流;第二种方案,采用双机械开关策略,使得双向共用固态开关,辅助换流电路缓冲电路重新设计,切断电容回流路径。两种方案均引入接地引流二极管,将固态断路器两侧能量分成两部分,一部分由避雷器消耗,另一部分由接地引流二极管消耗。文章对对两种方案的电路组成、工作原理以及应用领域进行了详细介绍。对两种方案故障状态动作过程进行了等效数学变换,通过等效数学模型,从理论分析的角度验证这两种方案能够有效解决上述问题。同时利用PSCAD/EMTDC软件对所提方案以及典型混合直流断路器经行对比仿真,从仿真角度验证了理论分析内容。最后搭建了小功率参考性实验样机,通过实验的角度验证方案的可行性。