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天津大學(xué)研究人員提出了一種新的機(jī)械式直流斷路器設(shè)計(jì)方案

發(fā)布日期：2022-07-23 00:00:00 作者：德力西旗艦店

摘要： 基于模塊化多電平換流器的柔性DC輸電技術(shù)具有無換相失敗、有功無功解耦控制、諧波畸變小、擴(kuò)展性好等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是解決風(fēng)電

基于模塊化多電平換流器的柔性DC輸電技術(shù)具有無換相失敗、有功無功解耦控制、諧波畸變小、擴(kuò)展性好等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，是解決風(fēng)電、光伏大規(guī)模并網(wǎng)和遠(yuǎn)距離輸電問題的有效手段。而DC故障電流上升速度快、幅值大、無過零，而電力電子設(shè)備抗浪涌能力差，這對(duì)DC斷路器(DCCB)的動(dòng)作時(shí)間和分?jǐn)嗄芰μ岢隽藰O高的要求。

DC斷路器主要分為三類:固體DC斷路器、混合DC斷路器和機(jī)械DC斷路器。其中，機(jī)械式DC斷路器主要采用機(jī)械開關(guān)、電容器、金屬氧化物避雷器等元件，具有微損耗、成本低、體積小、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。

在雙碳背景下，海上風(fēng)電通過柔性DC系統(tǒng)送出被認(rèn)為是海上風(fēng)電并網(wǎng)的主流技術(shù)路線。新的場(chǎng)景也對(duì)機(jī)械式DC斷路器提出了一些新的要求，尤其是海上風(fēng)電變流器寶貴的出線空間，也決定了機(jī)械式DC斷路器要向輕型化、緊湊化方向發(fā)展。然而，現(xiàn)有的換向方式存在預(yù)充電系統(tǒng)耐壓高、預(yù)充電電容容量大、開斷過程預(yù)充電能量損失率高、換向時(shí)間長(zhǎng)、小電流滅弧不穩(wěn)定等問題，成為機(jī)械式DC斷路器發(fā)展的瓶頸。

針對(duì)上述問題，智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(天津大學(xué))和國(guó)家電網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院研究員、、溫、劉海金在2022年第9期《電工學(xué)報(bào)》上撰文，提出了諧振式機(jī)械直流斷路器(RM-DCCB)德力西電氣。

研究人員通過控制晶閘管的開通時(shí)間，利用其過零自關(guān)斷特性，將能量陸續(xù)注入換流支路，產(chǎn)生幅值越來越大的諧振電流。研究了諧振式機(jī)械直流斷路器的換向特性、數(shù)學(xué)模型和參數(shù)設(shè)計(jì)方法。通過仿真驗(yàn)證了諧振式機(jī)械直流斷路器分閘的可行性和參數(shù)設(shè)計(jì)的正確性。

他們指出:1)不同機(jī)械式DC斷路器的換向過程可以描述為L(zhǎng)C電路中電壓激勵(lì)引起的振蕩過程，其換向能力由電壓激勵(lì)和換向電路的電容、電感決定；2)通過精確控制快速晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，保證電壓激勵(lì)的頻率與換向支路的固有頻率相同，使諧振式機(jī)械直流斷路器產(chǎn)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)不同幅值DC電流的可靠換向；3)基于雙電容結(jié)構(gòu)的換流支路中應(yīng)考慮預(yù)充電電容的壓降，以實(shí)現(xiàn)諧振式機(jī)械直流斷路器電氣參數(shù)的精確設(shè)計(jì)。

據(jù)研究人員介紹，諧振式機(jī)械直流斷路器可以降低機(jī)械直流斷路器的換向時(shí)間、充電系統(tǒng)的耐壓要求、預(yù)充電能量、能量損失率、機(jī)械開關(guān)的滅弧壓力，促進(jìn)機(jī)械直流斷路器的輕量化發(fā)展。是一種具有綜合技術(shù)優(yōu)勢(shì)的新型換向方式。

本文編譯自《電氣技術(shù)雜志》2022年第9期。論文題目是“機(jī)械式DC斷路器的性能分析及諧振換向方法”。本項(xiàng)目得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和天津市自然科學(xué)基金的資助。

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