高压快速混合式直流断路器研究

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近年来,随着电压源型高压变流器和高压柔性直流输(配)电技术的迅速发展,高压柔性多端直流输(配)电系统及输(配)电网的工程化应用关键技术(装备)研究受到了国内外业界的高度重视。高压直流断路器被认为是构建直流电网的核心设备之一。  首先,本文详细阐述了直流断路器的技术概况以及国内外的研究现状。分析了混合式直流断路器的拓扑结构、工作原理和优缺点及国内外研究情况,指出了混合式直流断路器具有开断快速可控、无(微)弧无响声、开关寿命长、可靠性高、通态损耗小及无需专用冷却设备等一系列优点,应作为高压直流断路器的主要发展方向。目前的混合式直流断路器根据所采用的半导体器件类型可以分为全控型混合式直流断路器和半控型混合直流断路器。  其次,分析了柔性直流输配电系统直流侧故障时的暂态特性,分析直流母线上故障电流的特性,计算故障电流峰值和达到峰值所需的时间。计算了故障断开时直流断路器需要吸收的能量,为计算直流断路器参数提供依据。  然后,本文结合对现有直流断路器技术路线的对比分析,提出三种新型混合式直流断路器方案。其一,基于子模块级联技术的全控型混合式直流断路器;其二,基于晶闸管的半控型混合直流断路器;其三,基于晶闸管IGBT的混合式直流断路器。本文详细描述了三种方案的工作原理,并在各方面性能上与目前的方案进行了对比分析,仿真验证了所提出的新型直流断路器能够满足柔性直流输电网快速切除故障电流的需求。与现有技术方案相比,三种方案在开断速度、成本以及降低工程实现的技术难度方面具有自己独特的优势。  最后,在实验室搭建基于所提出的新型混合直流断路器基本拓扑的小电压小电流实验室原理平台,通过进行小电压小电流实验,对此拓扑结构进行实验验证。
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