直流配网中混合直流断路器的研究与开发

摘要

直流配电系统以其低损耗、运行灵活、便于分布式电源接入等特性成为了国内外的研究热点。由于其低阻尼、故障传播快的特点，故障的快速隔离与恢复是制约直流配网发展的关键。直流断路器作为分断直流故障的关键设备，可以在允许换流站不闭锁的前提下分断故障，能够满足直流配网对故障的快速隔离与恢复的要求，但也存在直流电弧熄灭难、电子器件成本高、分断电流时间长等研究难点。本文以现有的混合式直流断路器为基础，进行了以下研究：　　首先基于混合式直流断路器的基本原理对其在配网中分断故障电流的过程进行了建模与暂态分析；从分析中提取了整机电流、电压与能量应力参数；对暂态分析进行仿真验证，分析了四种断路器参数对断路器分断性能产生的影响。　　然后基于现有的直流断路器拓扑结构与第二章的暂态分析，设计了新型混合式直流断路器拓扑：采用二极管组在转移支路IBGT两侧形成桥式结构实现双向导通；采用子模块形式转移支路实现IGBT的均压；同时通过接地二极管组使通过断路器的电流在能量吸收阶段下降变快，避雷器吸收能量变低。在降低成本的同时加快了断路器的分断速度。随后对其动作过程与能量吸收特性进行分析并对新型拓扑进行了仿真验证并与现有拓扑进行了对比。　　最后基于本文提出的新型拓扑，研究其在直流配网中的应用策略。对换流站出口以及开关站内部断路器配置进行优化；提出了断路器故障就地检测与上层控制结合的保护策略并设计了新的故障检测判据，在阻止断路器误动作的同时实现了故障的快速隔离。基于三端直流配网对新型拓扑直流断路器进行了参数设计并在PSCAD/EMTDC软件中进行仿真，验证了新型拓扑结构功能、配置策略、保护策略与参数设计的合理性与有效性。

目录

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第 1 章 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.1.1直流输配电系统的发展

1.1.2直流系统故障处理策略

1.2 国内外研究现状

1.2.1直流断路器种类

1.2.2 半控型混合式直流断路器

1.2.3 全控型混合式直流断路器

1.3 论文的主要内容

第 2 章 混合式直流断路器动作暂态分析

2.1 混合式直流断路器原理

2.1.1混合式直流断路器关键技术

2.1.2混合式直流断路器动作过程

2.2 直流配网故障分析

2.3 混合式直流断路器分断暂态分析

2.3.1分断动作阶段式暂态分析

2.3.2分断过程应力参数分析

2.4 暂态分析仿真验证

2.4.1 机械开关分断时间影响

2.4.2 避雷器限电压系数影响

2.4.3 缓冲电容取值影响

2.4.4 断路器外部电感影响

2.5 本章小结

第 3 章 新型混合式直流断路器设计

3.1 新型混合式直流断路器拓扑

3.1.1 新型拓扑结构

3.1.2 转移支路子模块

3.2 新型拓扑动作过程分析

3.2.1 切除故障动作分析

3.2.2 合闸动作分析

3.2.3 重合闸动作分析

3.3 新型拓扑能量吸收特性

3.4 新型拓扑仿真验证

3.4.1 新型拓扑功能仿真验证

3.4.2 拓扑对比仿真验证

3.5 本章小结

第 4 章 配网中直流断路器新型拓扑的应用

4.1 直流断路器配置策略

4.1.1 换流站出口直流断路器配置

4.1.2 开关站内部直流断路器配置

4.2 直流断路器保护策略

4.2.1 故障隔离策略

4.2.2 故障定位策略

4.2.3 断路器动作判据

4.3 直流断路器参数设计

4.3.1 直流配网参数

4.3.2 转移支路子模块参数设计

4.3.3 限流电抗器参数设计

4.4 仿真验证

4.4.1 仿真结果分析

4.4.2 仿真对比分析

4.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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