徐曼佳，王振浩，孫銀鋒，李國(guó)慶，王 拓

(東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院，吉林 吉林132012)

據(jù)中國(guó)2050高比例可再生能源發(fā)展情景暨路徑研究，至2050年可再生能源在我國(guó)總體能源消費(fèi)中的比重將高達(dá)60%[1].電網(wǎng)作為能源的首要載體，除需要具備靈活開放的接納能力外，柔性可控的調(diào)節(jié)能力同樣不可或缺.柔性直流電網(wǎng)可以將不同的地域與冗余的輸電線路連接起來(lái)，能夠同時(shí)滿足多電源供電及多點(diǎn)受電的需求，在減少換流站數(shù)量的同時(shí)可提高供電可靠性[2-4].與此同時(shí)，其“低阻抗、高的故障電流，因此系統(tǒng)的故障保護(hù)尤為重要[5-6].其中由于直流不存在自然過(guò)零點(diǎn)，這使得故障電流的開斷成為了亟待解決的首要問(wèn)題.

目前主要有兩種方案來(lái)處理直流側(cè)短路故障.第一種是用具有故障清除能力的鉗位雙子模塊或全橋子模塊替換典型的半橋子模塊[7-9]，但成本和功率損耗的增加影響了其經(jīng)濟(jì)性，電網(wǎng)的短暫停運(yùn)，影響其可靠性.第二種是使用直流斷路器隔離故障[10-12]，此方法可在不停運(yùn)的情況下切除故障線路，具有邏輯簡(jiǎn)單，能滿足大規(guī)模直流電網(wǎng)保護(hù)需求的優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)系統(tǒng)保護(hù)發(fā)展的主要趨勢(shì).國(guó)內(nèi)外學(xué)者已提出的斷路器主要分為機(jī)械式、固態(tài)式、混合式三類，混合式直流斷路器由于兼具前兩者的優(yōu)點(diǎn)，成為了目前發(fā)展的最主要方向.

混合式直流斷路器通常需要設(shè)置數(shù)百個(gè)電力電子器件以耐受電壓沖擊[13]，同時(shí)為了保證高壓直流輸電的可靠性，每條線路兩端需各配置一臺(tái)斷路器，隨著柔性直流電網(wǎng)的發(fā)展，復(fù)雜的輸電網(wǎng)絡(luò)將需要相當(dāng)數(shù)量的斷路器，這使得電網(wǎng)造價(jià)十分昂貴.引言應(yīng)闡述所研究對(duì)象的必要性，然后總結(jié)目前研究該對(duì)象所用的方法和存在的不足之處，進(jìn)而引出本文研究的內(nèi)容.新型多端口器件的應(yīng)用引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，基于多端口的思想，文獻(xiàn)[14]提出一種多端口直流斷路器(Multi-Port DC Circuit-Breaker，MP-DCCB)，充分利用了混合式斷路器結(jié)構(gòu)，降低了電力電子器件投入數(shù)量.文獻(xiàn)[15]提出的斷路器拓?fù)鋬H適用于中低壓場(chǎng)合.多端口直流斷路器的一個(gè)重要弊端在于切除速度和容量之間的矛盾，試圖利用盡可能少的器件在短時(shí)間內(nèi)切斷極大的故障電流，對(duì)斷路器的耐流、耐壓能力及避雷器的耗能需求提出了挑戰(zhàn).兼具限流功能的混合式直流斷路器的出現(xiàn)可以降低斷路器在開斷時(shí)承受的電流電壓應(yīng)力，文獻(xiàn)[16]提出了一種可分別針對(duì)瞬時(shí)性故障和永久性故障采取不同限流動(dòng)作的混合式直流斷路器.文獻(xiàn)[17]考慮到MP-DCCB與線路中的固有平抗配合對(duì)抑制故障電流發(fā)展的作用，可有效降低故障電流.

本文利用混合式斷路器的優(yōu)點(diǎn)，采取同一直流母線處多個(gè)斷路器共用轉(zhuǎn)移支路及耗能支路的思想，通過(guò)主動(dòng)短路的方式進(jìn)行引流，提出一種兼?zhèn)湎蘖骷伴_斷功能的新型直流斷路器.在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移支路時(shí)充分考慮晶閘管在成本、阻斷能力、耐壓耐流等級(jí)、可靠性等方面的優(yōu)勢(shì).采取先轉(zhuǎn)移，再限流，后斷路的動(dòng)作時(shí)序以降低斷路器開斷時(shí)承受的電流電壓應(yīng)力及避雷器的耗能需求.文中介紹了所提斷路器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理及控制策略，并通過(guò)PSCAD軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證.

1 基于MMC的柔性直流電網(wǎng)

典型的四端柔性直流電網(wǎng)如圖1所示，由4條直流線路將4個(gè)半橋型模塊化多電平換流器連接成網(wǎng)(Modular-Multilevel-Converter，MMC).圖中H、I、J、K為直流母線.每條線路兩端均裝設(shè)平波電抗器以降低故障電流上升速率，用L1～L8表示.直流斷路器安裝在圖中C1～C8處.

圖1 四端MMC直流電網(wǎng)

與交流系統(tǒng)相比，柔性直流系統(tǒng)呈現(xiàn)為低阻尼特性.系統(tǒng)控制器的控制周期為100 μs，比交流電網(wǎng)至少小2個(gè)數(shù)量級(jí)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速.且換流器中的儲(chǔ)能元件相對(duì)較多，在發(fā)生嚴(yán)重的直流短路故障后，換流器和直流側(cè)的儲(chǔ)能元件將快速放電，造成故障電流迅速上升.換流器中絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)的耐流能力一般為額定電流的2倍，若不采取限流措施，故障發(fā)生后1 ms～2 ms內(nèi)電流便會(huì)超過(guò)其耐受上限，將損毀換流器中開關(guān)器件或者導(dǎo)致閉鎖，影響健全線路及其他部分的持續(xù)傳輸，進(jìn)而使直流系統(tǒng)停運(yùn)，因此線路保護(hù)和直流斷路器應(yīng)當(dāng)快速識(shí)別和隔離故障線路以確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性.

2 新型限流式直流斷路器拓?fù)浼肮ぷ髟?/h2>

2.1 斷路器拓?fù)?/h3>

配置了常規(guī)直流斷路器的n端直流系統(tǒng).直流斷路器安裝于每條線路的始末端如圖2(a)所示，以實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性.針對(duì)同樣的n端直流系統(tǒng)，采用多端口的思想設(shè)計(jì)了一種新型的直流斷路器如圖2(b)所示，其中連接在同一條直流母線上的n-1個(gè)直流斷路器被n-1端口的多端口直流斷路器取代.與常規(guī)單端口直流斷路器相比，采用適用于多端口的直流斷路器能顯著減少電力電子器件的數(shù)量，降低投資成本.

圖2 電網(wǎng)中的斷路器位置

本文所提出的具有限流能力的多端口直流斷路器拓?fù)淙鐖D3所示，為保證故障線路的可靠開斷，所提斷路器采取共用部分模塊的思想，由通流支路、轉(zhuǎn)移支路、限流支路、斷流支路及耗能支路構(gòu)成.通流支路包含快速機(jī)械開關(guān)和轉(zhuǎn)移開關(guān).機(jī)械開關(guān)的分閘速度對(duì)于整個(gè)直流斷路器非常關(guān)鍵，因此通常選用高速斥力開關(guān)以縮短斷路器的開關(guān)時(shí)間.轉(zhuǎn)移開關(guān)TL由IGBT、二極管和泄能避雷器組成，其主要作用是將電流從通流支路換流至轉(zhuǎn)移支路，反串聯(lián)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了電流的雙向流動(dòng)性.在主支路機(jī)械開關(guān)分閘時(shí)，轉(zhuǎn)移支路需承載數(shù)毫秒的故障電流.轉(zhuǎn)移支路包含兩部分：第一部分為晶閘管T1，第二部分為晶閘管T2與換流電容C串聯(lián)而成.換流電容為預(yù)充電電容，在正常工作情況下對(duì)其進(jìn)行預(yù)充電.限流支路由晶閘管T3及限流電感LF串聯(lián)而成.本文耗能支路由氧化鋅避雷器(MOV)組成，主要用于限制IGBT過(guò)電壓幅值并吸收系統(tǒng)中存儲(chǔ)在感性元件中的能量.

圖3 斷路器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

斷流支路為斷路器的核心部分，其決定了斷路器的開斷性能.在斷開故障線路的過(guò)程中主斷路器往往要承受比較高的直流電壓，導(dǎo)致需要相當(dāng)數(shù)量的IGBT，若要求其需同時(shí)具備較高的斷流能力，則應(yīng)進(jìn)一步應(yīng)采用并聯(lián)的形式以達(dá)到設(shè)計(jì)要求.實(shí)際工程中，由于各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景的電壓等級(jí)、所選開關(guān)元件設(shè)備的耐壓耐流特性均不相同，因此各部分器件可通過(guò)靈活的串并聯(lián)形式連接以滿足各個(gè)系統(tǒng)的需求.

2.2 直流斷路器動(dòng)作時(shí)序

多端口直流斷路器電流開斷過(guò)程如圖4所示.當(dāng)發(fā)生直流側(cè)故障時(shí)，斷路器工作過(guò)程分為：①穩(wěn)態(tài)運(yùn)行階段；②故障檢測(cè)階段；③電流轉(zhuǎn)移階段；④限流階段；⑤故障清除階段.

圖4 直流斷路器的動(dòng)作時(shí)序

本文所提斷路器在階段③正式介入故障過(guò)程，并于階段⑤完成故障電流的清除.下文將詳細(xì)表述該斷路器的工作原理，對(duì)應(yīng)的動(dòng)作時(shí)序如圖4所示.以圖5中直流線路p發(fā)生單極接地短路故障為例進(jìn)行分析.各階段的具體分析如下：

(1)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行階段

此階段為系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)，圖5是穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下直流電流的通路，此時(shí)線路機(jī)械開關(guān)KP和轉(zhuǎn)移開關(guān)TLp的IGBT均處于閉合狀態(tài)，換流電容C進(jìn)行預(yù)充電.

圖5 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行階段

(2)故障檢測(cè)階段t0

假設(shè)在t0時(shí)刻發(fā)生直流故障，如圖6.斷路器需經(jīng)一定檢測(cè)時(shí)間后動(dòng)作，檢測(cè)期間故障電流以指數(shù)形式增長(zhǎng)并經(jīng)通流支路自由發(fā)展，故障電流的時(shí)間常數(shù)由故障點(diǎn)到換流站直流側(cè)出口的等效電阻和等效電感決定，電流往往在幾毫秒內(nèi)就能增長(zhǎng)到極大值.假設(shè)故障線路為p，非故障線路為q，根據(jù)KCL、KVL可得故障電流ip為

圖6 故障檢測(cè)階段

(1)

(2)

公式中：idc為正常運(yùn)行時(shí)電流穩(wěn)態(tài)值；Lmmc為換流站等效電感；Ldc為線路平波電抗；Lline為線路等效電感；Udcq為換流站等效電壓源.

(3)電流轉(zhuǎn)移階段

t1時(shí)刻檢測(cè)到故障，斷路器立即開始動(dòng)作，觸發(fā)T1、IGBT0同時(shí)導(dǎo)通，將短路電流引流至此支路，注入主動(dòng)短路點(diǎn)，為切斷故障線路做準(zhǔn)備，此時(shí)換流器放電電流以及非故障線路饋入電流將流入引流支路和故障點(diǎn)，但由于耗能避雷器的作用，流入故障點(diǎn)的電流幾乎可以忽略，如圖7(a).將t=t1帶入公式(1)可得ip(t1)=I1，此時(shí)故障電流ip為

(3)

經(jīng)短暫時(shí)間延遲后，在t2時(shí)刻給線路p中轉(zhuǎn)移開關(guān)TLp的IGBT關(guān)斷信號(hào)以切斷通流支路中的故障電流，如圖7(b)所示，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械開關(guān)的迅速無(wú)電弧分?jǐn)?

圖7 電流轉(zhuǎn)移階段

(4)限流階段

t3時(shí)刻機(jī)械開關(guān)完成分?jǐn)?，給T2、T3導(dǎo)通信號(hào)，如圖8(a)，此刻T2承受正壓可立即導(dǎo)通，預(yù)充電電容C開始放電，T1開始承受反壓，一段時(shí)間后可完全關(guān)斷.

圖8 限流階段

C的放電過(guò)程可描述為

(4)

設(shè)預(yù)充電電容C的初始電容值為U0，將t=t3帶入公式(3)可得ic(t3)=iq(t3)=I3.將I3作為初值帶入公式(4)，可得

(5)

公式中：

(6)

在t5時(shí)刻電容完成放電，電容電壓降為0.隨后電容C開始反向充電，T3由于承受正壓可導(dǎo)通，如圖8(b)所示.由KVL，KCL可得

(7)

據(jù)分析可知，此時(shí)uc(t5)=0，由公式(5)、公式(6)可知ic(t5)=I5，帶入公式(7)可得

(8)

公式中：

(9)

當(dāng)C充電至高于系統(tǒng)電壓時(shí)，C中電流逐漸減小.t6時(shí)刻電容電流降至0，此刻電流完全流過(guò)T3所在支路，限流電感完全投入回路中以達(dá)到限流作用.將t=t6帶入公式(8)、公式(9)，可得到ic(t6)=I6.此時(shí)故障電流為

(10)

(5)故障清除階段

t7時(shí)刻給IGBT0關(guān)斷信號(hào)，如圖9，故障電流將完全轉(zhuǎn)移至耗能支路，通過(guò)避雷器進(jìn)行持續(xù)消耗，最終在t8時(shí)刻降為0.

圖9 故障清除階段

2.3 參數(shù)設(shè)計(jì)與元器件需求數(shù)量分析

預(yù)充電電容電壓初值決定了放電時(shí)間，該時(shí)間直接決定了T1是否可成功關(guān)斷，因此可給定T1的關(guān)斷時(shí)間Toff，設(shè)計(jì)使電容電壓放電時(shí)間等于Toff.

經(jīng)上述過(guò)程分析可知T1承受的最大電壓UT1max為電容充電終值UCmax；T2承受的最大電壓UT2max為UCmax反向電壓與限流電感電壓之和的絕對(duì)值；T3因處于導(dǎo)通狀態(tài)而承壓較小.IGBT0承受的電壓主要取決于耗能避雷器的限制電壓Umov.

Umov取值越大，斷路器動(dòng)作越快、避雷器所需耗散的能量就越少，但由于Umov決定IGBT0的個(gè)數(shù)，Umov越大意味著所需的IGBT0數(shù)量越多，經(jīng)濟(jì)性越差.本文根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)暫取Umov=1 000 kV[20].

為保證直流電網(wǎng)的正常運(yùn)行，傳統(tǒng)直流斷路器的主支路和轉(zhuǎn)移支路均需要配置可雙向?qū)ǖ碾娏﹄娮娱_關(guān)組器件，這使得斷路器成本增加了近兩倍.

假設(shè)故障下主斷路器需要的斷流能力為Imax，主斷路器兩側(cè)的最大壓差為Umax，；每個(gè)IGBT的斷流能力為I0，承壓能力為U0.則主斷路器設(shè)計(jì)需要的IGBT個(gè)數(shù)為(不考慮冗余情況)

(11)

公式中：α為方向系數(shù).考慮到故障電流在直流網(wǎng)絡(luò)中有雙向可能性的存在，主斷路器必須需具有雙向開斷電流的能力，因此α取2.

本文設(shè)計(jì)的直流斷路器引流支路的高壓端與直流母線相連，開關(guān)組由若干個(gè)單方向的IGBT及反并聯(lián)二極管串聯(lián)而成，另一端直接接地，與常規(guī)混合式直流斷路器主斷路器相比僅需具備單向斷流能力，α取1即可，因此在同等斷流能力下所需的IGBT個(gè)數(shù)為

(12)

3 仿真驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述直流斷路器的可行性及性能方面，在PSCAD平臺(tái)搭建了如圖10所示的四端環(huán)網(wǎng)仿真模型，各換流站的參數(shù)如表1所示，其中，換流站MMC1、換流站MMC2、換流站MMC4均采用定功率控制，功率分別為750 MW、600 MW、20 MW.MMC3采用定電壓控制，電壓等級(jí)為500 kV.對(duì)于本文所提斷路器，A代表安裝在線路側(cè)的部分，B代表安裝在直流母線的部分，其中C取8 μF，預(yù)充電電壓取15 kV，限流電感L取100 mH，t1時(shí)刻發(fā)生換流站1出口單極接地故障.

圖10 四端環(huán)網(wǎng)仿真結(jié)構(gòu)圖

表1 換流站參數(shù)

3.1 故障切斷過(guò)程

在本文斷路器的動(dòng)作過(guò)程中，各支路電流分別如圖11所示.3 s之前，直流電網(wǎng)處于正常工作狀態(tài).假設(shè)在3s時(shí)，線路13發(fā)生單極接地短路故障，檢測(cè)到故障后，直流斷路器開始動(dòng)作.圖11中，It為流入T1的電流；Ic為斷路器預(yù)充電電容所在支路電流；IL為斷路器限流電感所在支路電流；IMOV為流入避雷器的電流.

圖11 動(dòng)作過(guò)程中各支路電流

如圖11所示，系統(tǒng)在t1時(shí)刻檢測(cè)到故障，斷路器投入動(dòng)作，立即給IGBT0、晶閘管T1持續(xù)觸發(fā)信號(hào)，為通流支路的斷開準(zhǔn)備.線路另一側(cè)接地形成了新的短路點(diǎn)，原有短路點(diǎn)被屏蔽，而由于電感的續(xù)流作用，此時(shí)部分故障電流轉(zhuǎn)移至T1支路流入大地；經(jīng)過(guò)短暫延時(shí)，在t2時(shí)刻關(guān)斷轉(zhuǎn)移開關(guān)IGBT，切斷通流支路電流，則故障線路中的電流迅速下降，全部轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移支路，相應(yīng)的，It迅速增大并伴隨斜率的變化；在t3時(shí)刻，故障線路的電流降至近似為0，機(jī)械開關(guān)K1開始進(jìn)行分?jǐn)?，故障線路逐步與電網(wǎng)分離，在經(jīng)過(guò)短暫的動(dòng)作時(shí)間后，開關(guān)可完全關(guān)斷.此時(shí)開始給晶閘管T2、T3持續(xù)觸發(fā)信號(hào)，T2由于承受正向壓降可立刻導(dǎo)通，電容C開始進(jìn)行放電過(guò)程.機(jī)械開關(guān)K1開始分?jǐn)?，使故障線路退出運(yùn)行，與電網(wǎng)逐步分離，經(jīng)過(guò)短暫的動(dòng)作時(shí)間后開關(guān)可完全開斷.此時(shí)立即給晶閘管T2、T3持續(xù)觸發(fā)信號(hào)，T2由于承受正向壓降可立即導(dǎo)通，電容C開始進(jìn)行放電過(guò)程.由于電容C的放電電流與故障電流方向相反且大于故障電流，T1將在T2導(dǎo)通后片刻承受反壓而關(guān)斷；在t5時(shí)刻電容完全放電完畢，根據(jù)特性開始進(jìn)行反向充電，T3承受正壓而導(dǎo)通；在t6時(shí)刻，電容電流降至0，故障電流全部轉(zhuǎn)移至限流電感L所在支路，限流電感完全投入至電路以發(fā)揮限流作用，此時(shí)故障電流有明顯的斜率變化，增長(zhǎng)速率變慢；在t7時(shí)刻關(guān)斷IGBT0，避雷器投入至電路進(jìn)行耗能作用，故障電流最終在t8時(shí)刻降為0，至此故障被完全清除.

各端口電流如圖12所示.i1-i4分別為線路1-線路4的電流.非故障線路2和線路4由于距故障點(diǎn)較遠(yuǎn)、阻抗較大，故障電流上升較緩，略有限流效果，無(wú)明顯波動(dòng)；故障線路對(duì)應(yīng)端口1的電流經(jīng)顯著限流后被清除.

圖12 各端口電流

3.2 限流效果校驗(yàn)

將ABB經(jīng)典混合高壓直流斷路器和文獻(xiàn)[21]所提出的限流式高壓直流斷路器拓?fù)渑c本文所提斷路器進(jìn)行比較，分別用方案1，方案2，方案3來(lái)表述.為驗(yàn)證斷路器的限流效果，在相同場(chǎng)景下三種方案的故障線路電流如圖13所示.

圖13 線路13的故障電流

方案1的斷路器必須擁有雙向?qū)ǖ哪芰?，所需切斷的短路電流最大，需要承受的瞬時(shí)電壓沖擊最高，必須串聯(lián)大量IGBT器件進(jìn)行分壓，并配置較多避雷器進(jìn)行能量泄放.

方案2與方案3均為具備限流功能的直流斷路器，從波形中可分別體現(xiàn)出二者的限流效果，相比之下，方案2對(duì)故障電流的抑制效果與方案3相比稍弱，但其能量泄放過(guò)程最快.依據(jù)文獻(xiàn)[21]所述，該方法需要配置雙向?qū)ǖ拈_關(guān)組.

由圖13可看出，本文所提斷路器的故障線路電流與其他方案相比可有效減少故障線路上的各器件電流應(yīng)力，減少器件損耗.

3.3 經(jīng)濟(jì)性校驗(yàn)

在圖10所示的應(yīng)用場(chǎng)景中，假設(shè)三種方案配置的IGBT型號(hào)均為5SNA 2000K450300，參數(shù)為4.5 kV/2 000 A，可在短時(shí)間最大承受2倍額定電流.

方案1，傳統(tǒng)ABB斷路器的最大短路電流為8.65 kA，IGBT開斷沖擊電壓為960 kV，故轉(zhuǎn)移支路需有3個(gè)并聯(lián)的IGBT開關(guān)組，每組串聯(lián)214個(gè)IGBT，考慮雙向?qū)ǖ囊蛩?，引流支路共需配?284個(gè)IGBT，故障隔離支路配置轉(zhuǎn)移支路所需IGBT的一半，該斷路器共需配置IGBT個(gè)數(shù)為1926個(gè).

方案2，此種斷路器的轉(zhuǎn)換開關(guān)組電流最大值為3.33 kA，是故障1 ms之后電流的2/3倍，最大開斷電壓為520 kV，考慮到雙向?qū)ǖ囊蛩?，故轉(zhuǎn)換開關(guān)組需要232個(gè)IGBT，短路閥段開關(guān)組最大故障電流為7.6 kA，最大開斷電壓為400 kV，考慮雙向?qū)ǖ囊蛩?，需?56個(gè)IGBT，所以此方法總共需要(232×2+356×3)個(gè)IGBT，即1532個(gè).

本文所提直流斷路器電流轉(zhuǎn)換開關(guān)組電流最大值為6.2 kA，最大開斷電壓為700 kV，考慮雙向?qū)ㄒ蛩兀D(zhuǎn)移開關(guān)組共需要624個(gè)IGBT，引流開關(guān)組最大短路電流為14 kA，IGBT開斷沖擊電壓為1 400 kV，故轉(zhuǎn)移支路需有4個(gè)并聯(lián)的IGBT開關(guān)組，每組串聯(lián)312個(gè)IGBT，由于另一端接地，無(wú)需考慮雙向?qū)▎?wèn)題，引流支路需要1248個(gè)IGBT.值得注意的是，此部分支路為連接在同一母線的多條出線共用部分，不同于傳統(tǒng)斷路器需要分別單獨(dú)配置在每條線路，即連接在同一母線的n條直流線路僅需配置獨(dú)立的轉(zhuǎn)移開關(guān)，此方法總共需要1248+624n個(gè)IGBT.在復(fù)雜的直流網(wǎng)絡(luò)中，此方法所需的IGBT數(shù)量將大大減少，經(jīng)濟(jì)性良好.

方案對(duì)比如表2所示.傳統(tǒng)方案需要將斷路器配置到每條直流線路兩端，每個(gè)斷路器又需要相當(dāng)大規(guī)模的IGBT組串聯(lián)，在直流電網(wǎng)高壓場(chǎng)合下所選用的單個(gè)IGBT造價(jià)十分昂貴，相應(yīng)的投資成本較高；相對(duì)來(lái)說(shuō)本文所提方案需要的IGBT數(shù)量較少，主要采用晶閘管作為轉(zhuǎn)移支路的開關(guān)器件，可以較大程度降低成本.

表2 三種方案對(duì)比

4 結(jié) 論

本文提出了一種適應(yīng)于未來(lái)復(fù)雜直流電網(wǎng)的新型直流斷路器，主要結(jié)論如下：

(1)本文所提直流斷路器分為母線、線路側(cè)兩個(gè)部分，斷路器母線部分可以供多條線路共同使用，并且利用大量晶閘管代替?zhèn)鹘y(tǒng)方案中的全控型IGBT器件，可極大程度降低裝置成本.

(2)預(yù)充電電容的存在可為機(jī)械開關(guān)提供一個(gè)近似于零電流、零電壓的關(guān)斷條件；可以實(shí)現(xiàn)半控器件的關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)快速、可靠地對(duì)故障線路進(jìn)行有效無(wú)弧分?jǐn)?斷路器中的限流支路可有效抑制故障電流的上升速率.

(3)與典型拓?fù)湎啾?，所提斷路器可更有效減少故障線路上的各器件電流應(yīng)力，減少器件損耗.