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高压直流输电、新能源送出与电网调控装备向高电压、大容量发展,使功率器件选型不再是额定参数的比较,而成为受器件特性、拓扑机理、任务工况和阀级实现共同约束的系统问题.集成门极换流晶闸管(integrated gate-commutated thyristor,IGCT)兼具晶闸管型强电导调制和主动关断能力,并具有压接封装器件短路失效后维持通流的特性.但这些特性并非在所有工况下都构成优势,其系统价值主要体现在中低开关频率、大电流长时通流、主动换相或故障开断等任务中.从器件机理出发,梳理 IGCT 在负载侧连续功率变换、发电侧连续功率变换及并网支撑、电网侧功率调控、高压直流输电换流、直流变换与直流供能、电流开断与脉冲功率应用场景中的作用,并综合论文、标准和工程资料,比较不同技术方案与技术应用阶段.IGCT 在工业中压传动已积累多项工程长期运行经验,风电、铁路供电和电网调控装备已具备产品级方案,混合换相换流阀、直流变压器电流源型直流融冰装置、直流耗能装置、直流断路器等已获得示范工程验证,其他新型换流、开断和脉冲功率方案多处于样机试验或方案探索阶段.中国已形成从器件研制到装备集成的技术链条,相关标准体系正在建立.IGCT 并非对其他全控器件的普遍替代,其规模化应用取决于驱动取能、串并联一致性、瞬态能量控制,以及长期运行和批量制造数据的共同支撑.
集成门极换流晶闸管高压大容量电力电子装备柔性直流输电电流源型换流器
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多端口直流断路器作为多端柔性直流电网中隔离直流线路故障的关键设备,其可靠性直接影响电网稳定运行.为定量评估桥式多端口直流断路器的可靠性,提出了一种基于马尔可夫过程的可靠性建模与评估方法,并通过算例揭示了关键组件冗余度与可靠性指标之间的量化关系.首先,阐述了桥式多端口直流断路器的拓扑结构与工作原理;其次,建立基于马尔可夫过程的可靠性模型,推导了稳态概率的计算方法;最后,以三端口桥式断路器为研究对象开展算例验证,通过计算稳态概率指标,系统分析了关键组件冗余对设备可靠性的影响.
桥式多端口直流断路器冗余度可靠性分析马尔可夫过程
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直流系统应用于水力、火力发电厂,各类变电站和其他使用直流设备的用户,为给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备.直流系统的可靠对发电厂和变电站的安全运行起着至关重要的作用,是安全运行的保证.本文讲述了富春江电厂因开关站整体改为 GIS 设备,直流系统不停电状态下直流充放电设备跟随搬迁的实施方案和注意事项.
直流系统不停电搬迁220kV开关站
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在灭弧室内添加产气材料辅助熄弧是塑壳断路器常用的方法.为探求产气材料特性对电弧能量的影响,在有限体积灭弧室内缩短燃弧时间,该文首先搭建实验平台,分析产气材料作用下电弧运动过程、栅片利用率及燃弧时间.其次,建立电弧磁流体动力学与产气材料物质传递双向耦合模型,通过对流-扩散方程描述产气材料的输运过程,采用阿伦尼乌斯方程模拟产气材料的热分解化学反应.然后,通过仿真计算灭弧室内电弧的温度场、流场以及产气材料分解产物的动态浓度分布和分压.仿真结果表明:产气材料的热分解可显著加速电弧传热,但高温气体形成的强烈气流涡旋可能会导致弧根停滞,降低栅片利用率;适当减小产气材料体积可弱化气流涡旋强度,缩短弧根停滞时间,提升熄弧效率;当产气材料位于阳极跑弧道弯角处时,分解释放的气体可更好地带动弧根沿上跑弧道运动至栅片,减轻弧根停滞和气流涡旋现象,提高栅片利用率.最后,通过搭建的实验平台对仿真结果进行验证,该文研究结果可为塑壳断路器灭弧室优化设计提供参考.
直流塑壳断路器产气材料磁流体动力学热分解弧根停滞
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1 故障情况
某6 kV变电所采用单母线分段接线,601、602进线分别带Ⅰ、Ⅱ段母线运行,直流系统同样分为2段,正常运行时通过联络断路器连接.设备于2008年投运,保护装置为ABB REF542plus综合保护装置.某日,该变电所发生全部设备停电事故,进线601、602断路器同时跳闸,现场综合保护装置显示"看门狗复归"报文,无跳闸报警信息,一次回路经检查未见异常.
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电压源型换流器(voltage source converter,VSC)作为低压直流(low-voltage direct current,LVDC)配电系统的核心电能变换载体,对于直流故障的穿越能力不足,致使其难以配合传统机械式直流断路器实现故障的快速、可靠隔离.为此,该文提出了一种适用于LVDC配电系统的紧凑型故障自适应限流器(compact fault adaptive current limiter,CFACL).与传统限流方案相比,所提方案在限流性能和装置集成度方面均表现出明显优势.首先,详细阐述了 CFACL的拓扑结构,并提出了 CFACL的"阶段—拓扑"自适应调节机制,以满足常态运行下"低介入"和故障条件下可靠限流的双重要求.其次,基于非正交解耦理论,提出了 CFACL的高、低频电抗器集成方案,在提高装置集成度的同时,有效解决了磁芯饱和引起的限流性能不足问题.随后,针对CFACL的磁路与电路部分,分别给出了详细的参数设计方法.最后,仿真和实验结果验证了所提方法在提高限流能力和减小装置体积方面的有效性.
低压直流配电系统紧凑化设计故障限流器阶段-拓扑自适应调节
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滤波器场断路器频繁操作时常常会诱发微粒的放电故障.分析认为,这可能与滤波器场断路器开关操作后的电场与流场有关,滤波器场断路器分闸后往往呈现交直流叠加的复杂电场;不仅如此,滤波器场断路器操作更频繁,操作产生的气流对微粒运动可能有极大影响.该文搭建了 750 kV滤波器场断路器有限元仿真模型,得到了断路器操作时气流分布规律,发现开关操作时在喷口会产生数百米每秒的高速气流,在外壳附近会产生不足3m/s的低速气流.此外,通过计算断路器分合闸时不同区域内金属微粒的运动轨迹发现:合闸时,电源侧、中间悬浮侧和负载侧的微粒运动特征相似;而分闸时,中间悬浮侧和负载侧微粒的运动剧烈程度远高于电源侧.进一步观察发现,这两侧微粒在分闸时的运动比合闸时剧烈得多,其单位时间内最大飞行高度可达合闸状态的10倍左右.进一步结合分闸电场耦合气流场作用,分别考察3个区域内金属微粒受气流影响,结果表明:开关操作产生的气流可能会使外壳附近的金属微粒在1 s内产生厘米级的水平位移,在频繁操作下极有可能使微粒迁移至强电场区,产生不可忽视的影响.
滤波器场断路器开关操作气流场直流叠加交流金属微粒
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系统阐述低压固态断路器(SSCB)的工作原理、技术优势,重点分析以碳化硅(SiC)为代表的功率器件材料、散热技术、智能驱动、电气隔离等方面的最新突破,探讨成本与标准化等产业化障碍,并结合国内外产品动态与标准进展,展望其未来发展趋势与创新路径.
低压固态断路器电力电子器件宽禁带半导体直流配电电气隔离标准化
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在水电、火电发电厂,以及各类变电站中,直流系统的主要作用是给各种直流电源设备、事故照明、应急电源以及断路器操作分、合闸提供直流电源.直流系统通常设计为不接地系统,而接地故障是其最常见的故障类型,绝缘监测装置是直流系统安全运行的重要配套设备.由于继电保护装置的工作电源来自直流电源系统,作为电力系统中的重要组成部分,其可靠动作对于变电站的稳定运行至关重要.因此,电源系统的稳定性和可靠性对整个电力系统的正常运行具有决定性的影响,而绝缘监测装置的监测原理和防误动技术应用至关重要.
直流电源系统保护误动故障定位绝缘装置
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当前数据中心普遍采用"短链路、多分支"配电架构,若为各支路单独配置直流断路器,虽可实现可靠隔离,但总投资随支路数大幅上升.为此,提出一种不含全控型器件的限流式多端口直流断路器(CLMP-DCCB).首先分阶段对 CLMP-DCCB 的工作过程进行理论解析;进而分析电压、电流应力与拓扑关键参数间的相互关系,提出相应的参数设计方法;最后通过 MATLAB/Simulink 平台对所提出的 CLMP-DCCB 与相关典型方案进行对比仿真.结果表明,该方案在降低系统综合成本与提升开断性能方面具备显著优势,为 CLMP-DCCB 在数据中心配电系统中的应用提供了有效的技术支撑.
数据中心多端口直流断路器晶闸管耦合电感
