高压直流断路器关键技术研究

摘要

随着分布式发电、储能等技术以及多端直流输电、智能电网的迅速发展，研究具有可靠性高、可控性强、经济性好的直流输、配电网是电力系统未来发展趋势之一。虽然目前直流输电技术相对成熟，但直流电网的构建仍面临着诸多挑战，挑战之一就是直流电流的开断。直流断路器作为规定时间内承载、开断正常电流和各类故障电流的关键设备，是提高直流系统稳定性、可靠性与灵活性的重要手段，对防止故障范围扩大具有重大意义。由于直流电流没有自然过零点导致灭弧困难，并带来关断过电压和能量吸收问题，此外直流系统阻抗相对较低、故障渗透率高，更需要尽快切除故障电流。这些都成为直流断路器研发的主要技术难点。
　　本文对比分析了国内外多种类型直流断路器研究现状，提出一种基于大功率电力电子器件的全固态高压直流断路器拓扑，对其开断、闭合和换流暂态过程的时序控制策略进行分析和设计;针对大容量电力电子器件串联拓扑应用于直流开断带来的动态均压问题，提出一种负载侧均压吸收电路优化方法;在Saber软件中对大功率器件进行详细建模和综合仿真，仿真结果表明该直流断路器拓扑可有效限制故障电流上升率、关断电流等级高、故障清除速度快、关断过程中动态均压效果良好，各部分电力电子器件均得到可靠保护。在上述研究的基础上，以南澳三端柔性直流输电工程作为应用案例，根据各类故障电流特性建立联合仿真模型并设计直流侧故障保护策略，仿真结果验证了直流断路器自身时序控制策略与换流站控制保护策略相互配合可迅速有效地隔离直流侧故障，确保直流侧电压稳定和其他换流站可靠运行。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外直流断路器的发展状况

1．2．1 机械式直流断路器

1．2．2 固态直流断路器

1．2．3 混合型直流断路器

1．3 本课题主要研究内容

第2章 直流断路器关键技术

2．1 电力电子器件串、并联技术

2．2 直流灭弧技术

2．3 直流断路器控制与保护技术

2．3．1 故障电流检测与判断

2．3．2 分、合闸时序控制策略

2．4 其他辅助回路设计

2．4．1 电力电子器件支路热设计

2．4．2 能量吸收支路避雷器设计

2．5 本章小结

第3章 全固态直流断路器拓扑与时序控制策略

3．1 电路拓扑与工作原理分析

3．1．1 全固态直流断路器拓扑

3．1．2 工作原理分析

3．2 时序控制策略设计与暂态特性仿真

3．2．1 故障电流特性分析

3．2．2 开断时序控制策略及暂态过程仿真

3．2．3 闭合时序控制策略及暂态过程仿真

3．2．4 换流时序控制策略及暂态过程仿真

3．3 本章小结

第4章 断流主支路器件串联均压吸收电路研究

4．1 吸收电路及其工作原理分析

4．2 吸收电路电容优化

4．2．1 考虑过电压吸收效果的电容优化

4．2．2 考虑串联均压效果的电容优化

4．2．3 考虑损耗的电容优化

4．2．4 吸收电路参数综合优化与仿真

4．3 本章小结

第5章 直流断路器在多端柔性直流输电系统中的应用研究

5．1 直流侧故障机理与故障电流特性研究

5．1．1 不同类型直流侧故障机理

5．1．2 故障电流特性仿真分析

5．2 直流侧故障保护策略研究

5．2．1 直流断路器需求分析与参数配置

5．2．2 直流侧故障保护策略仿真

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢

作者简介