高压直流断路器在直流系统保护中起着重要作用。针对现有直流断路器在经济性、合闸电弧问题和快速性方面不能兼备的缺陷,提出了一种强制换流型混合式高压直流断路器拓扑。所提方案的拓扑结构中引入了1个绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT),用来配合隔离开关进行合闸操作;引入二极管组并将平波电抗器均分在断路器两侧,以减小对避雷器的压力,延长避雷器的使用寿命;电力电子支路用子模块级联拓扑,避开了大规模IGBT动态均压的技术难题。基于所提拓扑设计了10kV直流断路器,对正常运行以及故障切除、故障恢复合闸下的运行情况进行了分析及仿真,同时与含ABB方案的两种典型方案进行了比较。仿真结果表明:基于所提拓扑的直流断路器最快切除故障电流时间为3.63 ms,开断电流容量为4.09 kA,正常合闸机械支路端电压为0,实现了无弧合闸,IGBT使用数量较ABB方案减半,避雷器吸收能量较传统方案减半,经济性较好,符合直流断路器性能要求。该结果验证了所提拓扑结构具备可行性。
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