大力发展可再生能源将是解决我国能源资源分布不平衡,电力供需紧张,实现经济的可持续发展的必然选择。综合常规直流输电技术和柔性直流输电技术,建立高压直流电网将是解决大规模可再生能源并网问题的有效手段。本文回顾了高压直流断路器的发展历程,阐明了当前条件下高压直流断路器研制面临的挑战,在此基础上对高压直流断路器的各种不同技术路线进行了对比分析,详细介绍了机械式高压直流断路器、固态高压直流断路器和混合式高压直流断路器的分类和拓扑结构,分析了不同的工作原理,比较了各自的优缺点。依托舟山5端柔性直流输电工程,在PSCAD/EMTDC中搭建了5端VSC-MTDC仿真模型,分析了发生最严酷短路故障工况下,直流母线上故障电流的特性,基于仿真结果提出了直流电网中高压直流断路器的基本参数。提出了一种基于晶闸管的无源混合型高压直流断路器拓扑结构。充分利用电流转移原理,采用叠加反向电流的方式分断直流电流,具备双向快速无弧切除直流故障电流的能力。详细阐述了其的工作原理,给出了电流转移不同阶段的等效电路图并加以分析和计算,搭建了仿真模型,最后将仿真模型置于舟山五端直流输电系统的仿真情景中对该方案进行仿真验证,证明了其可行性,分析了其局限性。提出了一种新的混合全控型高压直流断路器拓扑结构,详细分析了其工作原理,基于PSCAD/EMTDC搭建了仿真模型,将其置于舟山五端直流输电系统的仿真情景中对该方案进行仿真验证,对其进行了设备选型和损耗分析。在此基础上搭建了小功率原理样机,对该拓扑结构进行不同电压等级下的试验,验证了相关的理论分析和仿真结果,充分说明了该方案具备现实可行性。
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