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根据智能模块的zw20真空断路器研讨

发布时间:2020-05-12


作为动力互联网重要组成部分的智能电网近年来开展迅速,其中高压直流输电以沟通体系不行替代的长处,在可再生动力如风电与光伏发电集电网等方面具有广泛的使用远景。但目前为止,担负着操控和维护两层使命的中心组件——zw20真空断路器自主研制仍存在技能瓶颈。



本文通过高压直流短路开断的典型计划剖析,提出了根据快速组织与联动关合的换流开断技能,给出由直流智能真空开关模块串联组成HVDC断路器的整体规划计划,为zw20真空断路器的开展开辟一条新的途径。

在直流真空开关分断进程剖析中,分别使用接连过渡模型、Farrall公式、击穿统计特性对直流真空断路器电弧强迫过零点弧后介质康复前期、中期及后期进行数值仿真剖析,并选用对照剖析方法剖析介质康复各阶段首要影响要素及其效应。本研讨引用沟通体系智能真空开关模块串联开断的成功经历探究HVDC短路开断新的途径,并给出了直流电弧分断进程的零区剖析,可指导直流真空开关模块的开发。



智能电网是动力互联网的重要组成部分,其中高压直流(HVDC)输电以沟通体系不行替代的长处,在远距离大容量输电、风电与光伏发电集电网等范畴方面得到广泛使用,是构架远距离、高传输节能、窄线路走廊、高运转可靠性智能电网的组成部分。



研讨开发大容量远距离直流输电技能与装备已被列为《国家中长期科学和技能开展规划大纲(2006-2020)》动力要点范畴中超大规模输配电和电网安全保证优先主题要点研讨内容。



推动智能电网建造,依托智能模块等先进技能,开展高压大容量、高效率、远距离先进输电,增强远距离直流输电可靠性已融入国家战略。在高压范畴,多端直流输电技能在20世纪60年代就被提出。



进入21世纪以来,维护环境的呼声越来越高,如欧盟为了完结节能减排方针,需求可再生动力在2020 年到达动力比例的20%,因而需建造大量的海上风电场和太阳能光伏电站。



为处理并网问题,人们从头提出高压直流输电网的概念,其中包含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。



随着清洁动力和可再生动力的快速推广使用,各电压等级的直流体系以其固有的长处,成为能量传输的首选。海上风力发电技能、太阳能光伏发电技能和燃料电池发电技能的进一步开展和大规模使用,正促进直流体系向互联组网的方向开展,在动力互联网中愈显重要。



在海上风电技能需求中,尤其是远海大规模风电场需求,中压直流集电网(MVDC Collector Grid )的概念被提出并逐渐走向使用。



直流断路器是直流电力体系的中心组件之一,其基本功用是关合和开断电路,从而改变体系衔接方式和拓扑结构,担负着操控和维护两层使命[8]。



直流开关作为直流电网、直流微网[9]灵敏操作、故障时快速重构的重要部件,使用远景宽广[10]。但由于维护断路器缺失,HVDC 体系只能点对点输电,难以大规模互联组网,而短路维护简直均靠变流前的沟通侧断路器。因而,处理直流短路开断技能瓶颈对开展直流电力体系意义重大。



针对高压直流短路开断的相关理论与使用,本文剖析并确定高压直流短路开断最佳计划及开关介质,即根据换流开断的中频真空开关;提出根据快速组织与联动关合的中压直流开断模块,给出根据智能模块串联组成zw20真空断路器新计划。首要处理换流回路拓扑重构与回路拓扑优化,开发根据电磁斥力驱动、永磁力保持、并具有联动关合功用的新型直流真空开关模块,给出根据直流模块串联开断机理,即多空隙串联开断直流更高电压等级高压断路器研制,为处理大容量远距离直流输电技能与装备中关键技能瓶颈扫除妨碍。



在文中,作者指出,在进行根据智能模块串联技能的zw20真空断路器规划与仿真前要处理如下研讨:



1)高压直流串联开断的特征参数与表征。特征参数包含多模块的均压与动作同期性等,直流模块的分断电流频率比工频高一个数量级,因而要研讨多直流开断模块的均压条件与沟通的差异、动作同期性参数与冗余,得到具体而合理的目标。



2)根据换流技能的智能光控直流开关模块及其串联操控。处于高电位的直流模块搬运回路需求满足的电能供应,移植工频智能光控模块的概念处理自具电源,从头剖析与规划。高操控精度的模块结构规划与剖析是研讨要点。



3)智能模块串联的动态介质康复进程仿真。与工频串联模块有一致的电流零点不同,根据换流技能的智能光控直流开关模块串联不单电流频率高一个数量级,过零点也不在同一瞬间。因而,首先要进行根据智能光控直流开关模块串联的高压直流开断体系仿真剖析,完结仿真实验,指导实验样机的规划与制造,推动直流真空开关向高电压等级使用开展。



本文总结



剖析了高压直流短路开断整体计划,提出根据快速组织与联动关合的换流开断技能,给出直流智能真空开关模块整体规划和典型参数选取。



结合作者在沟通范畴使用光控智能真空开关模块串联,组成新形式高电压断路器的经历,提出根据直流智能模块技能串联的zw20真空断路器计划,为zw20真空断路器探究一条新途径。该计划对未来智能电网直流组网战略拟定具有指导作用。



根据多参数融合模型对直流真空断路器弧后介质康复进行研讨。使用接连过渡模型对介质康复前期鞘层开展阶段进行剖析,弧后触头空隙离子鞘层厚度呈指数趋势增长,并承受暂态康复电压。



根据Farrall公式对介质康复中期金属蒸气粒子衰减阶段进行剖析,根据主回路中电流波形,完善剖析模型,并作仿真剖析,得到金属蒸气密度衰减规则。



根据击穿统计特性剖析介质康复后期静态耐压阶段,根据真空空隙击穿累积概率与电场应力之间的关系,得到不同空隙距离下,击穿累积概率随空隙两头电压变化的规则。

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