一种基于IGBT的混合式高压直流断路器设计

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新能源是现代电网发展的重要方向之一,随着柔性直流输电技术在近三十年的巨大进步,高压直流断路器研究成为国际研究热点。混合式高压直流断路器为直流输电系统的安全稳定运行提供了更多的选择性,但现有混合式高压直流断路器拓扑结构所用器件较多,成本相对而言较高。为降低成本,本文提出了一种基于IGBT的对称型混合式高压直流断路器的拓扑结构。分析稳态通流状态和暂态过程中该拓扑结构的工作过程,并设计了拓扑结构中所用到的器件的参数值。针对IGBT器件在短路故障过程中的特有问题,分析了 IGBT存在的不均压和不均流的原因,提出了 RCD缓冲均压电路和补偿栅极电阻均流措施。运用仿真软件PSCAD/EMTDC对所提出的拓扑结构建立仿真模型,搭建了控制回路和主电路验证本文提出的拓扑结构,着重分析短路故障时直流断路器的动作过程。结合实际的实验室实验条件,采用低电压小电流模式进行实验验证。实验监测到的电压电流变换曲线与理论及仿真结果相符,验证了前文理论分析和仿真的正确性,同样也验证了该实验回路参数设定的正确性。仿真和实验结果相互印证,证明了提出的混合式高压直流断路器拓扑结构的正确性,在尽量减少器件使用数量的前提下,仍然能够有效切除短路故障,降低实验成本。
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