- 頭條天津大學科研人員提出一種新型機械式直流斷路器的設計方案2022-09-01 作者：李斌、李鵬宇 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語智能電網教育部重點實驗室（天津大學）、國網山西省電力公司電力科學研究院的研究人員李斌、李鵬宇、溫偉杰、劉海金，在2022年第9期《電工技術學報》上撰文，提出一種諧振型機械式直流斷路器（RM-DCCB）。
基于模塊化多電平換流器的柔性直流輸電技術具有不存在換相失敗、有功和無功解耦控制、諧波畸變小、拓展性好等技術優勢，是解決風電、光伏大規模并網和遠距離輸送問題的有效手段。然而，直流故障電流上升速度快、幅值高且無過零點，而電力電子設備耐浪涌能力差，對直流斷路器（DC Circuit Breaker, DCCB）的動作時間和開斷能力都提出了極高的要求。
直流斷路器主要分為三類：固態式直流斷路器、混合式直流斷路器和機械式直流斷路器。其中，機械式直流斷路器主要采用機械開關、電容、金屬氧化物避雷器等元件，具有微損耗、低成本、小體積和便于維護的優勢，具有廣泛的應用前景。
在雙碳背景下，遠海風電經柔性直流系統送出被認為是海上風電并網的主流技術路線，新場景也對機械式直流斷路器提出了一些新要求，尤其是遠海風場換流器出口空間寶貴，也決定了機械式直流斷路器應向輕型化、緊湊化的方向發展。但現有的換流方式存在預充電系統耐壓高、預充電容的容量高、開斷過程的預充能量損失率高、換流時間長、小電流熄弧不穩定的問題，成為機械式直流斷路器的發展瓶頸。
針對上述問題，智能電網教育部重點實驗室（天津大學）、國網山西省電力公司電力科學研究院的研究人員李斌、李鵬宇、溫偉杰、劉海金，在2022年第9期《電工技術學報》上撰文，提出一種諧振型機械式直流斷路器（RM-DCCB）。
圖1 諧振型機械式直流斷路器拓撲
研究人員通過控制晶閘管的導通時刻并利用其過零自關斷特性，逐次在換流支路注入能量，產生了幅值遞增的諧振電流。研究了諧振型機械式直流斷路器的換流特性、數學模型和參數設計方法。通過仿真驗證了諧振型機械式直流斷路器的開斷可行性和參數設計的正確性。
圖2 換流支路電氣參數設計方法步驟
他們指出：1）不同機械式直流斷路器的換流過程可描述為電壓激勵在LC回路引發的振蕩過程，其換流能力由電壓激勵及換流回路的電容、電感決定；2）通過精確控制快速晶閘管的導通時間，確保電壓激勵的頻率與換流支路固有頻率相同，使諧振型機械式直流斷路器產生串聯諧振現象，可實現不同幅值直流電流的可靠換流；3）基于雙電容構造的換流支路，在換流過程中需考慮預充電容的電壓跌落，實現諧振型機械式直流斷路器電氣參數的準確設計。
研究人員表示，該諧振型機械式直流斷路器可降低機械式直流斷路器的換流時間、充電系統耐壓要求、預充能量、能量損失率、機械開關熄弧壓力，促進了機械式直流斷路器的輕型化發展，是一種具備綜合技術優勢的換流新方法。
本文編自2022年第9期《電工技術學報》，論文標題為“機械式直流斷路器性能分析及諧振換流方法”。本課題得到了國家自然科學基金和天津市自然科學基金資助項目的支持。
