直流断路器故障开断控制策略研究

• 作 者: 谢峰
• 机 构: 浙江大学
• 出 处: 浙江大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 直流配网 高压断路器 短路故障 开断控制

随着可再生能源发电的快速发展以及电力用户对电能质量要求的不断提高，现有的交流电网已经难以满足分布式电源的接入和负荷的随机多样化对电网快速反应的要求。与交流配电网相比，柔性直流配电网不仅可以提高可再生能源的利用率、提升系统的供电容量，而且可以实现对功率的快速调控，具有明显的技术优势和成本优势。然而，目前制约柔性直流配电网工程化应用的关键技术之一，就是缺乏实用有效的高压直流断路器。研发适用于柔性直流配网的新型直流断路器，是当前直流断路器研究与发展的重要方向，将为多端直流及直流配网的工程化应用奠定坚实的基础，具有重要的经济价值和社会效益。　　本文首先对目前柔性直流配电网的研究情况进行了总结，简要论述了柔性直流配电网的拓扑结构和特点，同时，分析了当前直流断路器的研究现状，对机械式、全固态式和混合式直流断路器的拓扑结构和特点进行了比较，认为混合式直流断路器由于综合了机械式和全固态式断路器的优良特性，应作为当前直流断路器研发的主要方向，具备广阔的应用前景;在此基础上，进一步深入分析了现有的几种混合式直流断路器的拓扑结构、工作原理和优缺点，认为课题组所提出的机械开关串联小电感结构的限流式混合直流断路器不仅可以加快固态开关的导通、降低通态损耗、简化控制方法，而且可以省却额外的冷却系统、提高工作的可靠性。针对课题组所提出的带小电感结构的限流式混合直流断路器，以10kV混合式直流断路器为例，利用PSCAD仿真软件，进行了样机的参数整定和仿真分析，并研究了其运行过程和动作特性，通过仿真对比，验证了该拓扑的可靠性和有效性;针对机械开关串小电感结构的混合式直流断路器拓扑结构，搭建了200V的低压混合式直流断路器实验样机，研究了直流断路器的故障控制策略，并进行了相关的短路实验，实验结果表明:带小电感结构的混合式直流断路器凭借自身优良的特性，能够满足短路故障快速切除的要求，与带转换开关结构的混合式直流断路器相比，不仅可以加快固态开关的导通速度，降低设备损耗，而且简化了设备结构和控制策略，具有结构简单，无需冷却设备的独特优势，在柔性直流配电网的应用中，具备一定的可行性。