高壓直流真空斷路器智能模塊的研究概述發布時間：2019-3-16?|?來源：上海上碩電氣有限公司

作為能源互聯網重要組成部分的智能電網近年來發展迅速，其中高壓直流輸電以交流系統不可替代的優點，在可再生能源如風電與光伏發電集電網等方面具有廣泛的應用前景。但目前為止，擔負著控制和保護雙重任務的核心組件——高壓直流真空斷路器自主研發仍存在技術瓶頸。

高壓直流真空斷路器電路框圖

聯動直流真空斷路器結構示意圖

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，為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斷過程分析中，分別利用連續過渡模型、Farrall公式、擊穿統計特性對直流真空斷路器電弧強迫過零點弧后介質恢復前期、中期及后期進行數值仿真分析，并采用對照分析方法分析介質恢復各階段主要影響因素及其效應；

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，并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為《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、進入21世紀以來，保護環境的呼聲越來越高，如歐盟為了完成節能減排目標，需要可再生能源在2020 年達到能源份額的20%，因此需建設大量的海上風電場和太陽能光伏電站；

9、為解決并網問題，人們重新提出高壓直流輸電網的概念，其中包括區域直流輸電網和區域互聯直流網，歐洲甚至提出了"直流超網"(DC Super Grid)的規劃；

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，成為能量傳輸的首選。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、在海上風電技術需求中，尤其是遠海大規模風電場需要，中壓直流集電網(MVDC Collector Grid )的概念被提出并逐步走向應用；

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、直流開關作為直流電網、直流微網靈活操作、故障時快速重構的重要部件，應用前景廣闊。但由于保護斷路器缺失，HVDC 系統只能點對點輸電，難以大規?；ヂ摻M網，而短路保護幾乎均靠變流前的交流側斷路器。因此，解決直流短路開斷技術瓶頸對發展直流電力系統意義重大；

14、針對高壓直流短路開斷的相關理論與應用，本文分析并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、并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、為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，在進行基于智能模塊串聯技術的高壓直流真空斷路器設計與仿真前要解決如下研究：

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復過程仿真。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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