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高压直流真空斷路器智能模块的研究概述發布時間:2019-3-16?|?來源:凯发K8官方网娱乐官方_注册登录

作为能源互联网重要组成部分的智能电网近年来发展迅速,其中高压直流输电以交流系统不可替代的优点,在可再生能源如风电与光伏发电集电网等方面具有广泛的应用前景。但目前为止,担负着控制和保护双重任务的核心组件——高压直流真空斷路器自主研发仍存在技术瓶颈。

高压直流真空斷路器电路框图.png



高压直流真空斷路器电路框图



联动直流真空斷路器结构示意图.png



联动直流真空斷路器结构示意图

1、本文通過高壓直流短路開斷的典型方案分析,提出了基于快速機構與聯動關合的換流開斷技術,給出由直流智能真空開關模塊串聯組成HVDC斷路器的總體設計方案,爲高壓直流斷路器的發展開辟一條新的路徑;

2、在直流真空斷路器分断过程分析中,分别利用连续过渡模型、Farrall公式、击穿统计特性对直流真空斷路器电弧强迫过零点弧后介质恢复前期、中期及后期进行数值仿真分析,并采用对照分析方法分析介质恢复各阶段主要影响因素及其效应;

3、本研究引用交流系統智能真空開關模塊串聯開斷的成功經驗探索HVDC短路開斷新的路徑,並給出了直流電弧分斷過程的零區分析,可指導直流真空開關模塊的開發;

4、智能電網是能源互聯網的重要組成部分,其中高壓直流(HVDC)輸電以交流系統不可替代的優點,在遠距離大容量輸電、風電與光伏發電集電網等領域方面得到廣泛應用,是構架遠距離、高傳輸節能、窄線路走廊、高運行可靠性智能電網的組成部分;

6、研究開發大容量遠距離直流輸電技術與裝備已被列爲《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020)》能源重點領域中超大規模輸配電和電網安全保障優先主題重點研究內容;

7、推進智能電網建設,依托智能模塊等先進技術,發展高壓大容量、高效率、遠距離先進輸電,增強遠距離直流輸電可靠性已融入國家戰略。在高壓領域,多端直流輸電技術在20世紀60年代就被提出;

8、进入21世纪以来,保护环境的呼声越来越高,如欧盟为了完成节能减排目标,需要可再生能源在2020 年达到能源份额的20%,因此需建设大量的海上风电场和太阳能光伏电站;

9、为解决并网问题,人们重新提出高压直流输电网的概念,其中包括区域直流输电网和区域互联直流网,欧洲甚至提出了"直流超网"(DC Super Grid)的规划;

10、隨著清潔能源和可再生能源的快速推廣應用,各電壓等級的直流系統以其固有的優點,成爲能量傳輸的首選。海上風力發電技術、太陽能光伏發電技術和燃料電池發電技術的進一步發展和大規模應用,正促使直流系統向互聯組網的方向發展,在能源互聯網中愈顯重要;

11、在海上风电技术需求中,尤其是远海大规模风电场需要,中压直流集电网(MVDC Collector Grid )的概念被提出并逐步走向应用;

12、直流斷路器是直流電力系統的核心組件之一,其基本功能是關合和開斷電路,進而改變系統連接方式和拓撲結構,擔負著控制和保護雙重任務;

13、直流开关作为直流电网、直流微网灵活操作、故障时快速重构的重要部件,应用前景广阔。但由于保护断路器缺失,HVDC 系统只能点对点输电,难以大规模互联组网,而短路保护几乎均靠变流前的交流侧断路器。因此,解决直流短路开断技术瓶颈对发展直流电力系统意义重大;

14、針對高壓直流短路開斷的相關理論與應用,本文分析並確定高壓直流短路開斷最佳方案及開關介質,即基于換流開斷的中頻真空開關;提出基于快速機構與聯動關合的中壓直流開斷模塊,給出基于智能模塊串聯組成高壓直流斷路器新方案,主要解決:

a、換流回路拓撲重構與回路拓撲優化;

b、開發基于電磁斥力驅動;

c、永磁力保持;

d、並具有聯動關合功能的新型直流真空開關模塊;

e、給出基于直流模塊串聯開斷機理,即多間隙串聯開斷直流更高電壓等級高壓斷路器研發;

f、爲解決大容量遠距離直流輸電技術與裝備中關鍵技術瓶頸掃除障礙;

在文中,作者指出,在进行基于智能模块串联技术的高压直流真空斷路器设计与仿真前要解决如下研究:

1、高壓直流串聯開斷的特征參數與表征。特征參數包括多模塊的均壓與動作同期性等,直流模塊的分斷電流頻率比工頻高一個數量級,因此要研究多直流開斷模塊的均壓條件與交流的區別、動作同期性參數與冗余,得到具體而合理的指標;

2、基于換流技術的智能光控直流開關模塊及其串聯控制。處于高電位的直流模塊轉移回路需要足夠的電能供應,移植工頻智能光控模塊的概念處理自具電源,重新分析與設計。高控制精度的模塊結構設計與分析是研究重點;

3、智能模塊串聯的動態介質恢複過程仿真。與工頻串聯模塊有統一的電流零點不同,基于換流技術的智能光控直流開關模塊串聯不單電流頻率高一個數量級,過零點也不在同一瞬間。因此,首先要進行基于智能光控直流開關模塊串聯的高壓直流開斷系統仿真分析,完成仿真實驗,指導實驗樣機的設計與制作,推進直流真空開關向高電壓等級應用發展。


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