發(fā)布時(shí)間：2019-11-14 19:48

【摘要】：直流輸(配)電與交流輸(配)電相比,具有線(xiàn)損低、不存在系統(tǒng)同步運(yùn)行穩(wěn)定性問(wèn)題等一系列優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái),隨著電壓源型高壓變流器和高壓柔性直流輸(配)電技術(shù)的迅速發(fā)展,高壓柔性多端直流輸(配)電系統(tǒng)及輸(配)電網(wǎng)的工程化應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)(裝備)研究受到了國(guó)內(nèi)外業(yè)界的高度重視,其中之一就是高壓直流斷路器的研發(fā)。高壓直流斷路器面臨諸多技術(shù)難點(diǎn)：直流電流沒(méi)有自然過(guò)零點(diǎn),直流電弧不易熄滅,直流斷路器需解決開(kāi)斷時(shí)的滅弧難題；直流系統(tǒng)阻抗(穩(wěn)態(tài)時(shí)只有電阻)較之交流系統(tǒng)要小得多,其短路電流增長(zhǎng)極快(尤其在基于VSC型換流器構(gòu)成的直流系統(tǒng)情況下更為突出),直流斷路器需解決快速準(zhǔn)確判斷故障并開(kāi)斷短路電流的難題。 本文首先詳細(xì)闡述了直流斷路器的技術(shù)概況以及國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。分析了機(jī)械式、全固態(tài)與混合式這三類(lèi)直流斷路器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外研究情況,指出基于機(jī)械開(kāi)關(guān)并聯(lián)固態(tài)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的混合式直流斷路器具有開(kāi)斷快速可控、無(wú)(微)弧無(wú)響聲、開(kāi)關(guān)壽命長(zhǎng)、可靠性高、通態(tài)損耗小及無(wú)需專(zhuān)用冷卻設(shè)備等一系列優(yōu)點(diǎn),應(yīng)作為高壓直流斷路器的主要發(fā)展方向。本文進(jìn)一步針對(duì)直流斷路器研發(fā)中所需要涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了論述與總結(jié),分為：電弧理論模型分析與建立,電力電子器件串、并聯(lián)關(guān)鍵技術(shù)研究以及直流斷路器中所涉及的輔助回路設(shè)計(jì)等三個(gè)方面進(jìn)行了闡述。為之后提出一種新型的混合式直流斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提供了相應(yīng)的理論依據(jù)與技術(shù)支持。 本文在此已有研究的基礎(chǔ)上,提出了一種新型限流式混合直流斷路器的拓?fù)浞桨?該方案的突出特點(diǎn)是：采用電力電子復(fù)合開(kāi)關(guān)——固態(tài)開(kāi)關(guān)部分基于全控(IGBT)半控(SCR)型電力電子器件混合構(gòu)成,充分利用全控型功率器件的快速可控性及半控型器件容量大(耐壓水平高)、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn),以降低高壓混合式直流斷路器的電力電子功率器件串聯(lián)數(shù)量；采用特殊設(shè)計(jì)的限流電路,在故障發(fā)生時(shí)抑制短路電流的上升速率,從而降低了對(duì)故障判斷靈敏性和機(jī)械開(kāi)關(guān)速動(dòng)性的要求,以及裝置工程化實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度。并針對(duì)此新型限流式混合直流斷路器進(jìn)行了拓?fù)涓倪M(jìn),根據(jù)不同的優(yōu)化要求,提出了三個(gè)拓?fù)涓倪M(jìn)方案。其一,針對(duì)電流開(kāi)斷雙向性問(wèn)題,提出了具有雙向開(kāi)斷能力的拓?fù)涓倪M(jìn)方案；其二,通過(guò)在機(jī)械開(kāi)關(guān)回路上串聯(lián)入小電感結(jié)構(gòu),為固態(tài)開(kāi)關(guān)在短路時(shí)快速提供正向?qū)▔航?實(shí)現(xiàn)加快短路時(shí)固態(tài)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的目的,同時(shí)也起到保證固態(tài)開(kāi)關(guān)穩(wěn)定導(dǎo)通的作用；其三,采用將機(jī)械開(kāi)關(guān)與少量IGBT進(jìn)行串聯(lián)的結(jié)構(gòu),利用此串聯(lián)IGBT可在分閘時(shí)迅速動(dòng)作,從而滿(mǎn)足固態(tài)開(kāi)關(guān)的建壓條件,加速換流過(guò)程進(jìn)行,且IGBT結(jié)構(gòu)可保證機(jī)械開(kāi)關(guān)的無(wú)電弧動(dòng)作,減低對(duì)機(jī)械開(kāi)關(guān)的技術(shù)要求。 本文對(duì)所提出的新型限流式混合直流斷路器的參數(shù)設(shè)計(jì)原則及復(fù)合開(kāi)關(guān)的配置方法進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo),并詳細(xì)分析了其工作原理,與動(dòng)作特性。并利用PSCAD仿真軟件,對(duì)所提出的三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算機(jī)建模仿真分析,驗(yàn)證了各方案的理論分析內(nèi)容。且在實(shí)驗(yàn)室搭建基于所提出的新型限流式混合直流斷路器基本拓?fù)涞男‰妷盒‰娏鲗?shí)驗(yàn)室原理樣機(jī),通過(guò)進(jìn)行小電壓小電流實(shí)驗(yàn),對(duì)此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,采用本文所述方法進(jìn)行限流式混合直流斷路器的設(shè)計(jì),不僅可以在直流電路發(fā)生短路故障時(shí)有效限制短路電流上升率,降低短路電流開(kāi)斷難度,還可以顯著減少器件串聯(lián)數(shù)量,從而達(dá)到降低裝置體積與成本的目的。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM561

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2560967