检索结果-内蒙古大学图书馆

电网技术 2023年第10期47卷 4331-4341页

作者：丁璨蒲广袁召陈立学刘黎明李凯明三峡大学电气与新能源学院湖北省宜昌市443002 强电磁场工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074

直流断路器作为柔性直流电网的关键设备,对直流输配电网的安全、稳定运行有着重要的意义。针对带限流能力的直流断路器存在的造价偏高、故障清除速度慢等问题,提出了一种带自充电支路的改进型混合直流断路器(improved hybrid DC circuit... 详细信息

直流断路器作为柔性直流电网的关键设备,对直流输配电网的安全、稳定运行有着重要的意义。针对带限流能力的直流断路器存在的造价偏高、故障清除速度慢等问题,提出了一种带自充电支路的改进型混合直流断路器(improved hybrid DC circuit breaker with self-charging branch,SCB-IHDCCB)拓扑,设置限流电感旁路和接地旁路,优化自充电支路路线,将泄能支路与自充电支路结合使用,在保证断路器性能的前提下,减少了支路数量,大大降低了晶闸管等元器件数量,从而大大降低其造价。对所提拓扑在单端系统中的工况进行了理论推导与分析,基于所提拓扑设计了500kV的单端直流系统,在PSCAD/EMTDC中建立模型进行了仿真验证,并与其他拓扑方案的性能、元器件数量进行比较。仿真结果表明,SCB-IHDCCB的性能和造价都得到较大优化,具有良好的经济性和应用前景。

关键词：直流输电自充电支路混合直流断路器接地旁路断路器造价

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一种晶闸管型混合直流断路器全工况控制策略

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现代电力 2023年第2期40卷 268-275页

作者：贾海鹏尹靖元韦统振朱晋霍群海中国科学院电工研究所北京市海淀区100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京市海淀区100049

围绕快速晶闸管的混合式直流断路器的建模与控制进行研究。综合考虑不同控制策略下的故障电流迁移条件,提出了基于有限状态机方法的控制策略,实现不同状态之间相互转换,重点对预合闸控制和重合闸控制的实现过程进行了详细的状态切换分... 详细信息

围绕快速晶闸管的混合式直流断路器的建模与控制进行研究。综合考虑不同控制策略下的故障电流迁移条件,提出了基于有限状态机方法的控制策略,实现不同状态之间相互转换,重点对预合闸控制和重合闸控制的实现过程进行了详细的状态切换分析和实现,通过将原来时序逻辑关系融合到不同状态的设定中,从而能够随时快速响应不同的事件,避免了传统时序控制方式必须完整执行全部控制过程导致的重复判断和交叉干涉。最后搭建了基于状态机下直流断路器控制系统,并对不同故障模式下的直流断路器状态切换进行了仿真,验证了采用有限状态机控制下多状态间的可靠、快速运行。

关键词：混合直流断路器有限状态机预合闸重合闸

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轨道交通限流式混合直流断路器仿真与试验研究

轨道交通限流式混合直流断路器仿真与试验研究

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作者：申森林郑州大学

学位级别：硕士

直流牵引供电系统为轨道交通机车提供电力，是轨道交通系统核心组成部分之一。作为直流牵引供电系统的关键开关设备，低成本、大容量、快速开断的限流式混合直流断路器是直流牵引供电系统安全稳定运行的重要保障。目前，我国城市轨道交... 详细信息

直流牵引供电系统为轨道交通机车提供电力，是轨道交通系统核心组成部分之一。作为直流牵引供电系统的关键开关设备，低成本、大容量、快速开断的限流式混合直流断路器是直流牵引供电系统安全稳定运行的重要保障。目前，我国城市轨道交通断路器主要采用国外公司空气式直流断路器产品，其存在故障开断速度较慢、灭弧栅片烧蚀严重、价格昂贵的问题。因此研制国产化、快速开断、低成本限流式混合直流断路器具有重要研究意义。　　本文提出一种限流式混合直流断路器拓扑结构，分析了工作原理，详细介绍了整机开断过程;在Matlab/Simulink中建立限流式混合直流断路器仿真模型，研究其对电流转移过程、整机开断时间的影响规律，确定了限流拓扑结构参数取值;系统研究线路电感、故障电流幅值、转移支路IGBT短脉冲开断对整机开断的影响规律;最后进行峰值10kA故障短路电流限流开断对比仿真。结果表明，相较于传统电感限流拓扑结构，阻容限流拓扑结构能将故障短路电流峰值从6.775kA降低至4.342kA，峰值降低35.9％;整机开断时间从2.563ms缩短至1.67ms，整机开断时间缩短34.8％;断路器两端电压从3.064kV降低至2.641kV，避雷器耗能从10.31kJ降低至1.447kJ。　　为了进一步提升限流式混合直流断路器快速开断的能力和降低经济成本，重点研究了转移支路IGBT短脉冲大电流开断特性规律。对IGBT进行HENFER模型建模仿真，搭建IGBT短脉冲大电流开断特性试验测试平台，得到IGBT在1ms短脉冲时间条件下能稳定开断三倍额定电流。　　最后搭建限流式混合直流断路器实际样机，在1.8kV/10kA直流测试平台下进行故障短路电流开断特性试验对比研究。结果表明，相较于传统电感限流拓扑结构，阻容限流拓扑结构可以将故障电流峰值有效降低30％以上，整机开断时间有效缩短10％以上，并将试验数据与仿真结果进行对比分析两者存在偏差的原因，初步验证了限流式混合直流断路器的有效性和可行性，为样机的研制提供一定的参考依据。

关键词：轨道交通混合直流断路器阻容限流拓扑结构仿真试验

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基于晶闸管的电压钳位型混合直流断路器

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中国电机工程学报 2019年第20期39卷 6159-6168页

作者：蓝童琨李银红段献忠强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院)

直流断路器是保障直流电网安全稳定运行的关键设备,而当前的直流断路器方案普遍存在故障清除速度慢、限流效果差、重合闸时间长等问题。为解决上述问题,提出一种基于晶闸管的电压钳位型混合直流断路器。所提直流断路器通过可变钳位电压... 详细信息

直流断路器是保障直流电网安全稳定运行的关键设备,而当前的直流断路器方案普遍存在故障清除速度慢、限流效果差、重合闸时间长等问题。为解决上述问题,提出一种基于晶闸管的电压钳位型混合直流断路器。所提直流断路器通过可变钳位电压迫使故障电流下降过零,实现故障快速清除;故障清除期间不会加剧短路电流的上升,具备良好的限流能力;具备快速重合闸功能,适用于直流电网瞬时性故障场景。阐述所提断路器的拓扑结构与工作原理;对其开断过程展开理论推导;最后,分别在PSCAD/EMTDC两端直流系统、四端直流电网模型中验证其有效性与适用性。

关键词：混合直流断路器晶闸管电压钳位快速重合闸

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基于预充电电容的新型混合直流断路器

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中国电机工程学报 2018年第20期38卷 5992-6000页

作者：叶晗陈武东南大学电气工程学院

混合型直流断路器技术因速度快、可靠性高,是目前直流领域断路器的重要研究方向,但现有方案存在成本高、限流效果差等缺陷。为解决上述问题,该文提出一种基于预充电电容的新型混合直流断路器,故障转移支路主要采用晶闸管代替传统的IGBT... 详细信息

混合型直流断路器技术因速度快、可靠性高,是目前直流领域断路器的重要研究方向,但现有方案存在成本高、限流效果差等缺陷。为解决上述问题,该文提出一种基于预充电电容的新型混合直流断路器,故障转移支路主要采用晶闸管代替传统的IGBT,预充电电容的投入一方面可使得晶闸管强迫关断,另一方面可有效抑制故障电流。该方案在短路线路切除过程中,较好地抑制了故障电流,同时减少了全控器件的使用,大大降低了设备成本。文中详细描述该混合直流断路器的拓扑结构、工作原理、控制策略及与现有方案的经济技术性对比,并最终通过在PLECS软件中搭建仿真模型验证其可行性和有效性。

关键词：混合直流断路器预充电电容晶闸管抑制故障电流设备成本

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高压混合直流断路器及其关键技术研究

高压混合直流断路器及其关键技术研究

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作者：刘明政山西大学

学位级别：硕士

在能源互联的背景下,远距离大功率多端柔性直流输电将实现能源的时差互补、季节互补及地域互补,在提高新能源渗透率的同时,能有效解决太阳能、风能发电所存在的间歇性与随机性,充分发挥可再生能源的潜能。其中,直流输配电网的工程化应... 详细信息

在能源互联的背景下,远距离大功率多端柔性直流输电将实现能源的时差互补、季节互补及地域互补,在提高新能源渗透率的同时,能有效解决太阳能、风能发电所存在的间歇性与随机性,充分发挥可再生能源的潜能。其中,直流输配电网的工程化应用关键技术之一就是直流断路器的研发。直流的不易息弧,一直是直流断路器研究的难点,随着新能源的大规模开发与远距离输送,需要直流断路器在降低自身运行损耗的情况下进一步提高其开断电流的能力;由于直流系统的阻尼比交流系统的阻尼低,直流故障时故障电流上升速度快,因此需要快速断开故障线路,为此需要直流断路器具有快速开断能力,对其机械开关开断速度提出了更高的要求。针对目前混合直流断路器存在的成本高、占地面积大、控制复杂、通态损耗大、基于电弧电压关断的电压等级低的问题,提出了两种新的拓扑结构:基于低压电容器抑制起弧的高压混合直流断路器、二次换流式高压混合直流断路器,两种拓扑结构是基于目前的强迫换流式混合直流断路器进行改进,基于电容两端的电压不能突变,来抑制机械开关断开初期起弧;第一种是以机械开关与电容器组两者并联,代替电力电子模块的强迫换流,其导通损耗低、控制简单、开断速度快;第二种是以电力电子模块与机械开关、电容器组三者并联,代替电力电子模块的强迫换流,相对于第一种开断能力更强、成本更低,但在开断时间上有所增加。本文对所提的两种拓扑结构所涉及的关键技术进行了介绍,并对拓扑结构的优缺点进行了对比分析;针对基于低压电容器抑制起弧的高压混合直流断路器拓扑提出了差动控制与联动控制两种控制策略,针对二次换流式高压混合直流断路器拓扑提出了预关断控制策略;并对电容器组并联机械开关抑制分断起弧进行了数学理论分析,在此基础上利用PSCAD/EMTDC仿真软件对所提出的基于低压电容器抑制起弧的混合直流断路器与二次换流式高压混合直流断路器进行了仿真验证,验证了所提拓扑结构的可行性,体现了所提拓扑结构的特点。

关键词：混合直流断路器抑制起弧二次换流低损耗双向可关断

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基于全控型电力电子器件的强制换流型混合直流断路器

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电力系统自动化 2017年第12期41卷 168-172,187页

作者：于海迟颂李尔平电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室(河北工业大学) 天津市300130

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... 详细信息

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。

关键词：强制换流混合直流断路器拓扑结构仿真分析

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新型电容缓冲式混合直流断路器开断特性的研究

新型电容缓冲式混合直流断路器开断特性的研究

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作者：赵文婷华中科技大学

学位级别：硕士

柔性直流电网能够将风能、太阳能等新能源发电基地可靠地接入电力系统,最大限度地提高新能源电力利用率,建设柔性直流电网成为国内外推进能源转型的重要内容,也是应对气候变化的重要途径之一。直流断路器属于柔性直流电网的关键设备,研... 详细信息

柔性直流电网能够将风能、太阳能等新能源发电基地可靠地接入电力系统,最大限度地提高新能源电力利用率,建设柔性直流电网成为国内外推进能源转型的重要内容,也是应对气候变化的重要途径之一。直流断路器属于柔性直流电网的关键设备,研制可靠实用的中高压直流断路器已成为解决构建柔性直流电网主要技术瓶颈的有效方案。在各类方案中,电容缓冲式混合直流断路器具备结构简单,控制方便的特点。本文基于电容缓冲式混合直流开断方案的基本拓扑结构,提出一种新型电容缓冲式混合直流断路器方案。设计了直流电流开断实验方案,实验成功验证了新型开断原理,证明了相对传统无弧开断模式的优越性。但进一步分析发现,换流暂态过程中的换流速度di/dt和IGBT电压尖峰会影响新型原理的开断可靠性。通过搭建PSCAD/EMTDC仿真模型,对开断可靠性影响因素进行仿真分析。仿真结果表明,不可控的寄生电容和杂散电感等参数会导致换流速度di/dt高达数kA/us,IGBT电压尖峰超出系统额定电压,同时缓冲电容大小决定了恢复电压上升率du/dt,进而分别影响到机械开关的熄弧和IGBT的安全工作。若机械开关在换流后不能正常熄弧,即介质绝缘恢复速度低于系统恢复电压上升速度du/dt,则初始恢复电压全部加在IGBT上,不利于减小通态损耗。针对上述开断特性存在的问题和影响因素提出了一种改进措施,即在IGBT两端并联RC电路,同时合理设计换流支路电感。仿真和实验论证表明,该改进方案能够将影响机械开关熄弧的di/dt和du/dt参数均控制在安全范围以内,同时显著减小IGBT电压尖峰。最后对新型电容缓冲式混合直流断路器的换流过程进行了电路分析和公式推导,得到了换流速度di/dt、恢复电压du/dt和IGBT电压尖峰的近似表达式,形成了通用的关键参数匹配原则,并给出了该方案直流断路器的整体参数设计流程。基于上述通用参数匹配原则和设计流程,以深圳10kV/1kA柔性直流配电系统示范工程为例,设计并研制了满足工程需求的10kV直流断路器样机,并成功完成了3.6kA电流的开断实验。通过对新型电容缓冲式混合直流断路器开断特性的研究和改进,其电流开断环境得到了极大地改善,保证了电流开断可靠性。同时通过电路分析得到了参数匹配方法,具有一定的通用性,为应用于不同直流系统中的电容缓冲式混合直流断路器的样机参数设计提供了理论指导。

关键词：混合直流断路器燃弧开断特性实验研究改进方法参数匹配

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电容缓冲式混合直流断路器的实验研究

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中国电机工程学报 2016年第23期36卷 6476-6483,6614页

作者：赵文婷袁召汤广福魏晓光何俊佳潘垣强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学) 湖北省武汉市430074 全球能源互联网研究院北京市昌平区102200

针对电容缓冲式混合直流断路器在无弧开断模式下,IGBT耐压过高造成通态损耗过大的问题,提出了一种新的开断模式——燃弧开断。利用PSCAD软件建立了仿真模型,经仿真分析可知,燃弧开断模式下的IGBT耐压要求相对无弧模式显著降低。设计了... 详细信息

针对电容缓冲式混合直流断路器在无弧开断模式下,IGBT耐压过高造成通态损耗过大的问题,提出了一种新的开断模式——燃弧开断。利用PSCAD软件建立了仿真模型,经仿真分析可知,燃弧开断模式下的IGBT耐压要求相对无弧模式显著降低。设计了高速机械开关和换流实验回路,分析了实验等价性,进行了两种开断模式下的换流实验以及燃弧开断的等价性实验。实验结果表明,燃弧开断模式下的机械开关分断到一定开距时电流转移,能够承担逐渐上升的恢复电压,无需IGBT承担电压。无弧开断模式因存在机械开关固有分闸时间、初速度较慢和潜在"分流现象"等问题,IGBT需承担较高电压。实验结果在一定程度上验证了燃弧开断模式能够降低IGBT耐压要求的结论。

关键词：混合直流断路器电容缓冲式燃弧开断 PSCAD仿真实验等价性换流实验

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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

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作者：于海河北工业大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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

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