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三阶段电流转移混合型无弧高频直流电源断路器

针对高压高频直流电源电路存在开断困难的问题,提出了一种无弧高频直流电源断路器的拓扑结构。
该拓扑结构选用三阶段的电流搬运计划,处理了依据传统逼迫关断原理的混合型断路器开断时,高速机械开关在翻开瞬间有较大的反向恢复电压,需求给预充电电容另加充电电源的问题。经过等效数学模型对作业阶段的临界时刻进行数学核算以及对其推导的正确性进行仿真剖析。
 剖析成果表明,选用所提出的拓扑结构不光能够使机械开关无弧分断,而且分断速度较快。 
跟着风力发电、光伏发电等可再生动力的蓬勃开展,高频直流电源输电体系、高频直流电源配电网及其相关技术正日益遭到更多研讨人员的重视,从体系到设备方面的研讨都逐步成为电力行业研讨的热门。
 从高频直流电源断路器开展进程来看,传统机械式高频直流电源断路器在高压大电流场合的使用需求进行杂乱的结构设计才能完成高电压大电流的分断;固态高频直流电源断路器能够频频开断,但存在简单过电压过电流、器材损耗高、冷却体系粗笨以及本钱较高等问题。
 现在高压高频直流电源断路器开展的一个重要方向是混合型高频直流电源断路器,它结合了机械式断路器与固态断路器各自的长处,具有通态损耗小、开断快速可控、无弧、开关寿命长、可靠性高、无需专用冷却设备等长处。
 混合型断路器一般可分为天然换流型和逼迫换流型,现在国内外学者和组织都是以这两种方式为根底,对混合型高压高频直流电源断路器的拓扑结构进行研讨改善。
 文献[12]提出一种并联一个续流二极管的真空高频直流电源限流断路器拓扑结构,该结构可有用处理依据逼迫关断原理的混合型断路器开断时高速机械开关在翻开瞬间发生较大的反向恢复电压,致使机械开关两头二次燃弧的问题,但该拓扑需求附加充电电源给预充电电容充电,这样不只增加了体系本钱,而且断路器的体积也相应增大;
 文献[13]提出使用功率开关管IGBT来进步断路器的开断速度而且能够频频开关,但单个的IGBT的电压应力较低,且通态情况下电路中的IGBT损耗较大;
 文献[14]提出的两阶段电流搬运的新式高频直流电源断路器能够本身给预充电电容充电,不需求另加充电电源,但依据逼迫关断原理的混合型断路器在高速机械开关翻开瞬间仍会发生较大的反向恢复电压,该电压值达到必定等级便会击穿触头两头,发生二次电弧。
 依据上述剖析,本文针对传统逼迫换流混合型高频直流电源断路器需求给预充电电容另加充电电源、高速机械开关在翻开瞬间存在较大的反向恢复电压的问题,提出一种三阶段电流搬运混合型无弧高频直流电源断路器,经过两次逼迫换流和一次天然换流完成机械开关的无弧翻开,有用进步断路器的分断速度。
 
无弧高频直流电源断路器拓扑结构图
图1 无弧高频直流电源断路器拓扑结构
定论
 本文提出了一种三阶段电流搬运混合型无弧高频直流电源断路器拓扑结构,可用于高频直流电源电网中。依据断路器各阶段的作业原理图,对每个阶段的临界时刻进行数学剖析,并经过Matlab/Simulink树立的仿真模型得到三个阶段的仿真波形,得到如下定论: 
1)在高速机械开关反向并联了续流二极管,使得传统逼迫换流原理的混合型断路器机械开关电流过零今后两触头间的间隔有满意的零电压拉大时刻然后触头能够无弧翻开。一起,触头两头翻开今后没有发生较大的反向恢复电压,防止触头间二次燃弧。
2)经过三个阶段电流搬运,断路器具有给本身预充电电容充电的能力,在必定程度上减少了动力的糟蹋。
3)经过仿真波形能够看出,该拓扑结构分断能力强,分断的速度较快。针对断路器模型进行了Matlab/Simulink仿真,选用10kV/3kA的高频直流电源电源并对其进行接地短路。仿真成果与数学剖析成果共同,说明所提断路器拓扑结构计划有用、可行。依据现行高速机械开关以及各元器材的参数,调理拓扑结构中的电感、电容参数来满意实际使用需求。

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