【摘 要】
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柔性直流输电技术对新能源发电并网作用显著,已成为国内外的研究热点并得到了飞速发展。近年来,直流电网的电压等级迅速提升,对故障隔离的速度提出了更高的要求,具备故障隔离功能的直流断路器也得到了广泛关注,并逐渐形成了机械式、固态式和混合式直流断路器方案。现有的机械式直流断路器故障隔离时间长,避雷器吸能大;固态式直流断路器的通态阻抗较大,应用于高压直流输电系统时,通态损耗过高;混合式直流断路器通态损耗小,
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柔性直流输电技术对新能源发电并网作用显著,已成为国内外的研究热点并得到了飞速发展。近年来,直流电网的电压等级迅速提升,对故障隔离的速度提出了更高的要求,具备故障隔离功能的直流断路器也得到了广泛关注,并逐渐形成了机械式、固态式和混合式直流断路器方案。现有的机械式直流断路器故障隔离时间长,避雷器吸能大;固态式直流断路器的通态阻抗较大,应用于高压直流输电系统时,通态损耗过高;混合式直流断路器通态损耗小,能迅速可靠隔离故障,具备良好的发展前景,但是现有混合式直流断路器拓扑的开断支路需串并联大量的IGBT器件,导致断路器整机价格较高,难以迅速推广应用。本文主要对混合式直流断路器开展研究并提出了一种基于电容换相的混合式直流断路器（Hybrid DC Circuit Breaker based on Capacitor Commutation,CC-HDCCB）拓扑结构,该拓扑结构有效降低了断路器的导通损耗,具有开断速度快、全控型器件用量少、造价低、关断可靠性高等优点,使用两套晶闸管实现了双向故障电流的分断和重合闸功能。本文前两章主要从理论层面展开研究:（1）分析高压直流断路器研制过程中面临的重难点,总结出理想直流断路器所需具备的特征;（2）提出CC-HDCCB新拓扑方案,并完成开断可行性分析、重合闸可行性分析和时序控制研究;（3）针对未来直流电网的发展趋势,提出多端直流断路器结构,并详述其工作原理和未来前景;（4）开展CC-HDCCB的特征分析,从理论层面分析CC-HDCCB的特征优势。第三章主要从实验层面验证CC-HDCCB开断原理的可行性:（1）建立相应电压等级的直流输电系统;（2）完成CC-HDCCB样机设计工作,主要包括样机硬件设计和样机时序控制;（3）完成CC-HDCCB样机的实验验证工作,包括换流原理实验验证和双向开断实验验证。最后基于四端仿真系统,搭建了CC-HDCCB仿真模型,研究CC-HDCCB在柔性直流输电系统中开断故障电流的可靠性,并在经济性和可行性方面将CC-HDCCB和现有混合式直流断路器对比分析,分析表明CC-HDCCB在高压直流输电系统中具备一定的应用价值。本文通过理论、仿真、实验三个环节,有效验证了CC-HDCCB的开断可靠性与经济性,证明了CC-HDCCB拓扑在高压直流输电中具备一定的应用前景。
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