隨著分布式電源和電動(dòng)汽車(chē)等技術(shù)的發(fā)展,直流配電微網(wǎng)成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)與方向之一。目前直流微網(wǎng)的發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)、直流保護(hù)與控制系統(tǒng)等方面是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。智能、快速、大容量的直流斷路器是直流微網(wǎng)的關(guān)鍵保護(hù)設(shè)備,對(duì)于直流微網(wǎng)的安全運(yùn)行與控制起到至關(guān)重要的作用,適用于直流微網(wǎng)的直流斷路器的關(guān)鍵技術(shù)亟待研究。混合式直流斷路器采用機(jī)械開(kāi)關(guān)與電力電子開(kāi)斷單元并聯(lián),實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),克服各自缺點(diǎn),既利用了機(jī)械開(kāi)關(guān)通流能力強(qiáng)、損耗小的優(yōu)點(diǎn),又發(fā)揮了電力電子開(kāi)斷單元合分閘速度快的優(yōu)勢(shì),是未來(lái)微網(wǎng)直流保護(hù)開(kāi)關(guān)的發(fā)展趨勢(shì)。本文旨在研究微網(wǎng)混合式直流斷路器的電流轉(zhuǎn)移理論與應(yīng)用,為智能、快速、大容量微網(wǎng)直流斷路器的工程應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和應(yīng)用支撐,保障直流微網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。首先分析了國(guó)內(nèi)外混合式直流斷路器的研究現(xiàn)狀,提出了微網(wǎng)混合式直流斷路器的總體結(jié)構(gòu)和硬件組成原理。基于Mayr模型和縱磁真空開(kāi)關(guān)電弧電壓伏安特性,得到了電流轉(zhuǎn)移用快速真空開(kāi)關(guān)的電弧模型。根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)參數(shù),建立了 IGBTs和避雷器的仿真分析模型,得到了 RCD緩沖電路參數(shù)模型。搭建混合式直流斷路器的仿真模型,理論分析了混合式直流斷路器的合分閘過(guò)程,重點(diǎn)研究了開(kāi)斷過(guò)程中的電流轉(zhuǎn)移特性,得到電流轉(zhuǎn)移特性是影響斷路器開(kāi)斷性能的重要因素這一結(jié)論。隨后搭建了小電流和大電流模擬直流電流轉(zhuǎn)移特性的試驗(yàn)平臺(tái),對(duì)電流從真空開(kāi)關(guān)向IGBTs開(kāi)斷單元轉(zhuǎn)移階段和從IGBTs開(kāi)斷單元向RCD電路轉(zhuǎn)移階段的轉(zhuǎn)移時(shí)間、電流大小等轉(zhuǎn)移特性進(jìn)行了深入、細(xì)致的試驗(yàn)研究。在大電流情況下,真空開(kāi)關(guān)向IGBTs開(kāi)斷單元轉(zhuǎn)移時(shí)間較長(zhǎng),成為限制整機(jī)開(kāi)斷時(shí)間的主要因素。為此,基于透明真空滅弧室搭建了大電流轉(zhuǎn)移特性模擬試驗(yàn)研究平臺(tái),研究轉(zhuǎn)移電阻、橫向磁場(chǎng)、開(kāi)斷電流等因素對(duì)轉(zhuǎn)移特性的影響。將轉(zhuǎn)移過(guò)程分為固有轉(zhuǎn)移過(guò)程和拖尾電流轉(zhuǎn)移過(guò)程,研究了橫向磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)移特性的影響,推導(dǎo)得到大電流轉(zhuǎn)移判據(jù)與數(shù)學(xué)描述表達(dá)式,為大容量混合式直流斷路器的快速開(kāi)斷提供了參考依據(jù)。在上述基礎(chǔ)理論研究的基礎(chǔ)上,提出了微網(wǎng)混合式直流斷路器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,基于快速斥力機(jī)構(gòu)與永磁保持裝置構(gòu)成了快速操動(dòng)機(jī)構(gòu),研制了快速操動(dòng)真空開(kāi)關(guān)樣機(jī)。對(duì)IGBTs并聯(lián)均流、限壓吸能電路等進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)和選型。設(shè)計(jì)了混合式直流斷路器智能控制系統(tǒng),包括母線電壓與電流信號(hào)檢測(cè)采集單元、斷路器狀態(tài)檢測(cè)及故障判斷單元、快速斥力開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)的動(dòng)作控制單元、與外部系統(tǒng)進(jìn)行信息傳遞的遠(yuǎn)程通信單元,實(shí)現(xiàn)了整機(jī)的智能化監(jiān)測(cè)與操動(dòng),完成了 400V/3kA大容量微網(wǎng)混合式直流斷路器的樣機(jī)研制。最后搭建了大電流模擬直流開(kāi)斷試驗(yàn)電路,對(duì)樣機(jī)的機(jī)械性能、開(kāi)斷性能等進(jìn)行了整機(jī)測(cè)試,驗(yàn)證了整機(jī)設(shè)計(jì)的有效性和可靠性。本文通過(guò)對(duì)混合式直流斷路器的電流轉(zhuǎn)移理論與應(yīng)用的研究,針對(duì)電流轉(zhuǎn)移特性的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究,得到了電流轉(zhuǎn)移特性的數(shù)學(xué)判據(jù),得到了其合分閘特性及其控制策略,為后期樣機(jī)研制奠定了基礎(chǔ)。最終研制的微網(wǎng)混合式直流斷路器樣機(jī),分閘響應(yīng)時(shí)間0.6ms,開(kāi)斷故障電流可在2.5ms內(nèi)完成,閉合時(shí)間為微秒級(jí)。整機(jī)滿足額定電壓400V,額定電流2400A,開(kāi)斷電流3kA的直流斷路器用于直流微網(wǎng)保護(hù)和多端直流微網(wǎng)的要求,且對(duì)系統(tǒng)沖擊較小,為我國(guó)智能、快速、大容量混合式直流斷路器的工程應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TM561
【部分圖文】：

根據(jù)電流轉(zhuǎn)移機(jī)理不同，可將電流轉(zhuǎn)移型直流斷路器分為兩類(lèi)，分別是是無(wú)源換流逡逑型和有源換流型。通過(guò)電流轉(zhuǎn)移產(chǎn)生自激振蕩或強(qiáng)迫電流過(guò)零，為機(jī)械開(kāi)關(guān)創(chuàng)造人工過(guò)逡逑零點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械開(kāi)關(guān)在電流過(guò)零點(diǎn)完成開(kāi)斷［３７，３８］。圖１．５為有源型和自激振蕩型直流斷逡逑路器的電路原理圖。逡逑邐邐邐ｌｏｏ＾ｇ邐逡逑ｈ邐ｒ－邋ＺｎＯ邐ｃ邋Ｉ逡逑——＞邐［－ｙ－｝邐邋ｓｉ＾邐卞逡逑流回路逡逑ａ．＿＿％——＾邐ｉ逡逑ｒ逡逑Ｈ邋Ｃ｜｜邐‘逡逑（ａ）自激型直流斷路器邐（ｂ）有源型直流斷路器逡逑圖１．５傳統(tǒng)機(jī)械式直流斷路器原理圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．５邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ邋ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ邋ＤＣ邋ｃｉｒｃｕｉｔ邋ｂｒｅａｋｅｒ逡逑－６－逡逑

圖１．邋１０邋ＺＶＳ－ＨＤＧＣＢ分?jǐn)噙^(guò)程示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．１０邋Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ＺＶＳ－ＨＤＣＣＢ逡逑如圖１．１０所示，T刻發(fā)生短路故障時(shí)，ＺＶＳ型ＨＤＣＣＢ的控制系統(tǒng)向機(jī)械開(kāi)關(guān)發(fā)逡逑送分閘動(dòng)作信號(hào)，經(jīng)過(guò)分閘響應(yīng)時(shí)間＾機(jī)械開(kāi)關(guān)內(nèi)觸頭分離，電弧開(kāi)始燃燒，觸頭間建逡逑立有效的電弧電壓，電弧電壓作用下?lián)Q流支路被導(dǎo)通，電流逐漸向換流支路轉(zhuǎn)移，（２時(shí)逡逑刻換流過(guò)程結(jié)束，機(jī)械開(kāi)關(guān)內(nèi)電流ｈ降低至零，電弧熄滅，隨后機(jī)械開(kāi)關(guān)內(nèi)介質(zhì)強(qiáng)度迅逡逑速恢復(fù)，經(jīng)過(guò)短暫延時(shí)，待機(jī)械開(kāi)關(guān)恢復(fù)一定耐壓水平，在／３時(shí)刻控制電力電子器件關(guān)逡逑斷，換流支路電流＾開(kāi)始向限壓吸能支路轉(zhuǎn)移，此時(shí)直流斷路器兩端的恢復(fù)過(guò)電壓》迅逡逑速上升，換流支路的電流＆在／４時(shí)刻降低至零，屯流完全轉(zhuǎn)移至限壓吸能支路，此后限逡逑壓吸能支路逐漸耗散短路電流能量，將故障電流／’ｍｏｖ降低至零，ＨＤＣＣＢ完成故障電流逡逑分?jǐn)唷＃状?

針對(duì)艦艇直流區(qū)域配電的快速保護(hù)需求，荷蘭Ｄｅｌｆｔ大學(xué)的Ｐｏｌｍａｎ等人基于ＩＧＢＴｓ逡逑和快速斥力開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)了額定參數(shù)６００Ｖ／６ｋＡ，完全開(kāi)斷時(shí)間〗．２ｍｓ的ＺＶＳ型ＨＤＣＣＢ［６３］，逡逑樣機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理如圖１．１邋１所示。文獻(xiàn)［６０］對(duì)樣機(jī)ＩＧＢＴｓ的均流特性、開(kāi)斷過(guò)程中恢復(fù)逡逑過(guò)電壓的抑制措施、樣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、樣機(jī)工作性能等問(wèn)題開(kāi)展研究，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了逡逑其設(shè)計(jì)方案的有效性。瑞士工業(yè)電子實(shí)驗(yàn)室的Ｍｅｙｅｒ等人利用高速電磁斥力開(kāi)關(guān)和逡逑ＩＧＣＴ，研制出應(yīng)用于軌道交通領(lǐng)域的１．５ｋＶ／４ｋＡＨＤＣＣＢ＿，該ＨＤＣＣＢ樣機(jī)的電路原逡逑理和結(jié)構(gòu)如圖］．１２所示。文獻(xiàn)［６１］針對(duì)快速斥力機(jī)構(gòu)的響應(yīng)特性開(kāi)展研究，通過(guò)縮短其逡逑響應(yīng)時(shí)間來(lái)提升混合式直流斷路器的工作性能，其研制的快速斥力開(kāi)關(guān)的固有延時(shí)約為逡逑１８０畔（開(kāi)斷５ｋＡ短路電流），限流開(kāi)斷短路電流的最大時(shí)間僅３００叫。逡逑Ｄ＾ｉ邋．邐，邋Ｔ．邋￣￣￣ｆｅ－ｉ逡逑／�。保澹停希皱澹⑦姡。插濉卞义希裕殄澹阱澹儒澹郑簦插义希危樱螅龋撸镥义希裕蕖义希模催姡停眠姡模�

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張國(guó)軍;許瀾濤;;雙電容混合型直流斷路器[J];電源學(xué)報(bào);年期

2 王渝紅;王媛;曾琦;劉程卓;;阻容式直流斷路器及其在柔直系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];高電壓技術(shù);年期

3 王斌;王曉明;;一種改進(jìn)的Z源直流斷路器[J];電工技術(shù);2018年17期

4 周猛;向往;饒宏;許樹(shù)楷;黃潤(rùn)鴻;林衛(wèi)星;文勁宇;;并聯(lián)機(jī)械式直流斷路器的設(shè)計(jì)與控制[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2018年20期

5 衛(wèi)思明;張森;黃永章;;新型直流斷路器拓?fù)浼霸诙喽巳嶂惫こ讨械姆抡嫜芯縖J];智慧電力;2017年11期

6 ;中國(guó)西電研制成功500千伏高壓直流斷路器[J];電源世界;2017年12期

7 徐政;肖晃慶;徐雨哲;;直流斷路器的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法研究[J];高電壓技術(shù);2018年02期

8 于海;;直流斷路器的現(xiàn)狀及發(fā)展[J];電力工程技術(shù);2018年02期

9 胡徐銘;王豐華;周荔丹;姚鋼;;基于可控硅串聯(lián)技術(shù)的新型固態(tài)高壓直流斷路器[J];電測(cè)與儀表;2018年05期

10 袁蘭蘭;雷敏;曾進(jìn)輝;莫霜葉;;新型地鐵用直流斷路器建模與仿真[J];電氣應(yīng)用;2018年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前8條

1 田海松;鐘質(zhì)飛;;核電站核級(jí)直流斷路器商品化采購(gòu)研究[A];2010’第五屆綠色財(cái)富（中國(guó)）論壇會(huì)刊[C];2010年

2 劉曉明;謝文剛;;高壓直流斷路器電弧特性仿真研究[A];第十屆沈陽(yáng)科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（信息科學(xué)與工程技術(shù)分冊(cè)）[C];2013年

3 周潔;;直流斷路器在舟山多端柔性直流輸電工程的應(yīng)用研究[A];2017智能電網(wǎng)新技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研討會(huì)論文集[C];2017年

4 朱天勝;史宗謙;賈申利;岳長(zhǎng)喜;王立軍;;真空直流斷路器速動(dòng)機(jī)構(gòu)的研究[A];第一屆電器裝備及其智能化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2007年

5 侯福平;王雪楠;孫文波;;通信用240V直流供電系統(tǒng)直流斷路器短路電流計(jì)算和選擇性分析[A];2017年中國(guó)通信能源會(huì)議論文集[C];2017年

6 田炎;;基于GPRS技術(shù)的高壓直流斷路器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[A];2017智能電網(wǎng)信息化建設(shè)研討會(huì)論文集[C];2017年

7 張玉林;張捷;;合理選用直流斷路器確保直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[A];華東六省一市電機(jī)（電力）工程學(xué)會(huì)輸配電技術(shù)研討會(huì)2004年年會(huì)論文集[C];2004年

8 裘永衛(wèi);;低壓直流斷路器的性能和設(shè)計(jì)選型[A];中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)第八屆學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 記者 方琳 通訊員 王瀟瀟 高翔;機(jī)械式高壓直流斷路器投運(yùn)[N];湖北日?qǐng)?bào);2018年

2 記者 方智斌 通訊員 李彥 陳澤云 張帆;全球最強(qiáng)高壓直流斷路器在舟投用[N];舟山日?qǐng)?bào);2016年

3 張子凡 陳澤云;我國(guó)攻克直流輸電領(lǐng)域世界級(jí)技術(shù)難題[N];國(guó)家電網(wǎng)報(bào);2017年

4 記者 宋敏 通訊員 孟繁祥;平高軌道直流斷路器填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白[N];河南日?qǐng)?bào);2017年

5 周萬(wàn)迪;聯(lián)研院研制成功基于晶閘管的混合式直流斷路器[N];國(guó)家電網(wǎng)報(bào);2017年

6 魏曉光 賀之淵;200千伏高壓直流斷路器研制成功[N];國(guó)家電網(wǎng)報(bào);2015年

7 魏曉光 張升;高壓直流斷路器技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破[N];國(guó)家電網(wǎng)報(bào);2015年

8 本報(bào)記者 葉祖麗;以科技創(chuàng)新引領(lǐng)公司發(fā)展[N];國(guó)家電網(wǎng)報(bào);2016年

9 魏曉光 張升 王成昊;讓直流電網(wǎng)傳輸更高效[N];國(guó)家電網(wǎng)報(bào);2015年

10 廖敏 鄧?guó)檪?張升;研發(fā)高端電工裝備 建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)[N];國(guó)家電網(wǎng)報(bào);2015年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 黃金強(qiáng);微網(wǎng)混合式直流斷路器電流轉(zhuǎn)移理論及應(yīng)用研究[D];大連理工大學(xué);2018年

2 唐良義;新型電力電子高壓直流斷路器的建模與仿真[D];西南交通大學(xué);2015年

3 董恩源;基于電子操動(dòng)的快速直流斷路器的研究[D];大連理工大學(xué);2004年

4 秦濤濤;真空直流斷路器循跡操動(dòng)及開(kāi)斷動(dòng)態(tài)影響因素研究[D];大連理工大學(xué);2016年

5 劉高任;基于模塊化多電平換流器的柔性直流電網(wǎng)故障保護(hù)策略研究[D];浙江大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 晉灣灣;模塊化混合直流斷路器的拓?fù)湓O(shè)計(jì)及研究[D];北京交通大學(xué);2018年

2 彭發(fā)喜;柔性直流電網(wǎng)控制和保護(hù)策略研究[D];浙江大學(xué);2017年

3 姜朋;雙臂架構(gòu)的混合型直流斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制策略研究[D];東北電力大學(xué);2018年

4 陶宏;基于柵控晶閘管的固態(tài)直流斷路器優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2018年

5 邵敏;320kV強(qiáng)制過(guò)零型高壓直流斷路器操作控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];華中科技大學(xué);2016年

6 曾妮;疊加電流可控的有源混合式直流斷路器[D];華中科技大學(xué);2016年

7 方帥;改進(jìn)吸能方式的人工過(guò)零型高壓直流斷路器開(kāi)斷過(guò)程研究[D];華中科技大學(xué);2016年

8 張兵;爆炸型直流斷路器的實(shí)驗(yàn)研究[D];華中科技大學(xué);2016年

9 黃維;爆炸型直流斷路器開(kāi)關(guān)的關(guān)斷機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[D];華中科技大學(xué);2016年

10 王曉晨;高壓直流斷路器優(yōu)化控制策略研究[D];華北電力大學(xué)(北京);2017年

本文編號(hào)：2818825