high-voltage direct current 高压直流输电 目录 high-voltage direct current 高压直流输电............................................ 错误！未定义书签。 一、实验目的； (1) 二、背景及实验原理分析 (1) 三、关键实验参数的设置 (2) 1.三相降压变压后100kv的交流高通滤波器参数，抑制27次、54次谐波 (2) 2.100kv交流成+100 kV直流或+100 kV直流逆变成100kv交流的滤波参数设计： (3) 四、实验过程及实验结果分析 (3) 五、实验相关波形 (3)
一、实验目的； 利用simulink仿真一个高压直流输电系统将230 kV, 50 Hz，2000 MVA交流系统转换为+100 kVDC，输电容量200 MVA，传输距离为75Km，再将直流逆变成230 kV, 50 Hz，2000 MVA 交流。 二、背景及实验原理分析 HVDC（高压直流输电）是ABB 50多年前开发的一项技术，旨在提高远距离输电的效率。高压直流输电（HVDC），是利用稳定的直流电具有无感抗，容抗也不起作用，无同步问题等优点而采用的大功率远距离直流输电。输电过程为直流。常用于海底电缆输电，非同步运行的交流系统之间的连络等方面。 整体实验仿真电路接线图（如下所示）： 其中三相高压交流通过变压器将230kv交流变成100kv交流，再通过利用IGBT构成三相桥式可控整流系统整流为+100 kV 直流，通过75km的线路传输之后，再通过spwm逆变系统将+100 kV 直流逆变成100kv交流，再通过三相变压器转换成230kv高压交流，完成传输。 以下部分是通过三相变压器降压以及通过三相桥式IGBT整流/逆变的电路，其中s-pwm 的脉冲信号产生电路如下所示：
柔性直流输电 一、概述 （一）柔性直流输电的定义 高压直流（HVDC）输电技术始于1920年代，到目前为止，经历了3次技术上的革新，其主要推动力是组成换流器的基本元件发生了革命性的重大突破。 第一代直流输电技术采用的换流元件是汞弧阀，所用的换流 第二代直流输电技术采用的换流元件是晶闸管，所用的换流器拓扑仍然是6脉动Graetz桥，因而其换流理论与第一代直流输电技术相同，其应用年代是1970年代初直到今后一段时间。
通常我们将基于Graetz桥式换流器的第一代和第二代直流输电技术称为传统直流输电技术，其运行原理是电网换相换流理论。因此我们也将传统直流输电所采用的Graetz桥式换流器称为“电网换相换流器”，英文是“Line Commutated Converter”，缩写是“LCC”。这里必须明确一个概念，有人将电流源换流器（CSC）与电网换相换流器（LCC）混淆起来，这是不对的。LCC属于CSC，但CSC的范围要比LCC宽广得多，基于IGBT 构成的CSC目前也是业界研究的一个热点。 1990年，基于电压源换流器的直流输电概念首先由加拿大McGill大学的Boon-Teck Ooi等提出。在此基础上，ABB公司于1997年3月在瑞典中部的Hellsjon和Grangesberg之间进行了首次工业性试验（3 MW，±10kV），标志着第三代直流输电技术的诞生。这种以可关断器件和脉冲宽度调制（PWM）技术为基础的第三代直流输电技术，国际权威学术组织国际大电网会议（CIGRE）和美国电气和电子工程师协会（IEEE），将其正式命名为“VSC-HVDC”，即“电压源换流器型直流输电”。2006年5月，由中国电力科学研究院组织国内权威专家在北京召开
摘要：发展直流电网技术需要能够快速分断电流、经济可靠的高压直流断路器解决直流故障隔离问题。通过对比直流系统故障隔离的几种技术方案，表明应用直流断路器隔离直流故障可在保障换流设备安全的同时，有效维持系统中健全部分的供电持续性，是直流故障隔离较为有效的解决方案。在分析直流电网对高压直流断路器技术性能要求的基础上，对机械式直流断路器和分别基于晶闸管和绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)的2 种混合式直流断路器的电流分断特点和发展现状进行了阐述。提出换流技术、杂散参数优化技术、与系统的协调配合技术和试验技术是高压直流断路器技术发展面临的主要技术挑战。最后，对高压直流断路器在舟山五端柔性直流输电工程中的应用情况和即将开展的张北直流电网工程进行了介绍。 0 引言 柔性直流输电技术的发展日趋成熟，其独立功率调节和灵活运行能力，为间歇性可再生能源并网与消纳提供了安全高效的解决方案。目前，世界范围内投入商业运行的大部分柔性直流输电工程均采用点对点输送方式;相较于多条点对点的电能输送方式，多个柔直换流站连接成网状形成直流电网，在高压大容量领域中具备更好的可靠性、经济性和灵活性。随着风电、光电等可再生能源不断开发，大规模清洁能源并网与跨区域电能传输对柔性直流电网的构建与发展提出了迫切需求[1-2]。 目前已投运的柔性直流输电工程大多采用模块化多电平技术(modular multi-level converter，MMC)和脉宽调制两电平技术，这些工程均无法通过闭锁换流阀清除直流故障，只能通过分断交流侧断路器来实现故障隔离。研究中采用全桥模块或电容钳位双模块[3-6]的换流阀带有直流侧故障清除能力，可以通过换流阀闭锁清除直流故障。在没有直流断路器的情况下，点对点柔性直流输电工程依靠分断交流断路器或闭锁带直流侧故障清除能力的换流阀可实现直流故障清除;但以上2 种方式在高压大容量直流电网中的应用将造成整个系统短时停电，难以满足系统运行要求。当系统配置直流断路器后，通过选择性分断直流断路器可以实现故障线路的快速隔离并维持系统其他部分的持续运行。 直流故障保护是柔性直流电网构建所面临的技术瓶颈，研制适用于柔性直流电网应用的直流断路器，保证直流电网运行的可靠性，是直流电网建设必须突破的技术难题[7]。 与交流系统相比，直流故障电流缺乏自然零点，要实现其可靠开断，需要人工创造电流零点，同时还需要吸收储存于直流系统感性元件中的巨大能量，因此直流断路器的设计较交流断路器难度大为增加。此外，柔性直流电网故障扩展快、电流上升快，对换流站等设备冲击大，为保障设备安全一般在数毫秒全网换流站将会闭锁退出运行，为实现直流电网健全区域持续运行，直流断路器需要在数毫秒内完成分断[8]。 在直流断路器的多种技术路线中，综合采用机械开关和电力电子开关的混合式直流断路器以其显著的技术优势成为高压直流断路器研制的主流[9-10]。ABB 公司于2011 年研制了80kV 3ms 分断8.5kA 基于绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)直接串联的混合式直流断路器样机[8]。全球能源互联网研究院于2014年完成了200kV 3ms分断15kA 的级联全桥型混合式直流断路器样机研制[11]，并于2016 年实现高压直流断路器首个工程示范。
一、高压开关柜主要技术规格及要求 1. 主要技术参数 额定电压： 10kV 额定频率: 50Hz 工频耐压： 42kV (50Hz 1min) 雷电冲击耐压： 75kV 额定主母线电流： 630A/1250A 额定短时耐受电流：25KA/31.5kA（3S，有效值） 额定峰值耐受电流：63KA/80kA 热稳定电流： 25KA/31.5 kA (3S) 防护等级： 1）外壳IP4X ； 2）手车门打开时为IP2X。 2.柜宽要求：小于等于650 (mm),优先选用结构紧凑柜型，投标单位及投标产品必须满足本项要求，否则招标人有权拒绝投标人的投标书。 3. 金属封闭铠装中置式手车开关柜柜体结构型式与功能 10KV 铠装式交流金属封闭开关柜的结构应保证工作人员的安全，且便于运行、维护、检查、监视、检修和试验（提供燃弧试验报告）。开关柜内安装的高压电器组件均必须为加强绝缘型产品，满足凝露试验要求(提供凝露试验报告)。 (1)柜体结构 A) 柜体外壳及各功能单元的隔板均采用国际知名品牌优质敷铝锌钢板，钢板厚度应 不小于2.0mm，投标时须注明敷铝锌钢板产地。柜体框架采用螺栓连接。 B)开关柜用隔板分隔成母线室、手车室、电缆室、仪表室和压力释放通道，各室外 壳独立接地。分隔用的钢板应具有足够的机械强度，以保证每个室内的元件在发 生故障时不影响 相邻设备。
C)开关柜的门板及侧封板等采用冷轧钢板，厚度不小于2mm，经纯化处理后采用静电 喷涂和焙烤，表面抗冲击且耐腐蚀。 D)维护方式：柜前操作，柜后维修。 E)进出线方式：满足设计要求（详见图）。 F)外形尺寸应不大于：宽650mm,深1540mm,高2250mm。含母联及泄压通道后高度不 大于 2800mm. (2) 手车室 A) 手车采用冷轧钢板经加工后焊接而成。 B)手车应设有“工作”和“试验”位置，各位置设定位机构。 C)手车的传动机构应保证手车推拉时灵活轻便。相同规格的断路器和手车应有良 好的互换性。 D)手车在抽出或试验时，应有隔离挡板隔离一次静触头，进入工作位置时自动打开。 E)活门在手车移开后需被机械锁定；接地开关操作孔需用挂锁锁定；断路器室门及 电缆室门需用挂锁锁定。 (3) 母线室 A)应有足够的空间通过满足设计要求的母线。 B)开关柜的母线设计应考虑以后的发展、方便与原母线联接。 (4) 电缆室 A) 室内可安装电流互感器、手动操作的弹簧快速接地开关，并可连接多根平行电缆， 充裕的电缆室空间，其底部设有可拆卸的不锈钢板，板上设电缆孔并提供电缆孔 封堵部件。 B) 接地开关与断路器间采用可靠的机械联锁，可有效的防止误操作。 C) 一次电缆头接线耳中心孔至柜底距离应大于550mm。 (5) 仪表室 A) 室内采用可翻转的网格板，可安装各类继电保护元件、仪表、信号指示、操作开关 等元件。 B) 室内侧板上留有小母线穿越孔，以方便施工。 C) 各开关备有合闸分闸故障等三种状态运行信号输出，主电房值班室模似板系統接口
浅析高压直流断路器关键技术 摘要：随着可再生能源发电的发展及用户对电能要求的不断提高，传统交流电 网已难以满足可再生能源发电和负荷随机波动性对电网快速反应的要求。随着电 压源型高压变流器和高压柔性直流输电技术的迅速发展，国内外对直流输电网的 研究正日益深入。在输电领域，为适应新的能源格局，基于常规直流和柔性直流 的多端直流输电系统和直流电网技术成为未来的发展趋势，多端直流输电实现了 多电源供电、多落点受电，是一种更灵活、快捷的输电方式以，在此基础上如果 将直流输电线路在直流侧互联形成直流电网，可以有效解决新能源并网带来的有 功波动等问题，在未来城市智能配电网、微网等领域也具有较大优势，对我国未 来电网的建设和发展具有重大意义。 1引言 直流侧故障是直流输电系统必须考虑的一种故障类型，影响到设备参数的计 算和控制保护策略的设计。与交流系统相比，直流系统阻抗相对较低，故障渗透 速度更快，渗透程度更深，控制保护难度也更大。随着多端柔性直流输电系统的 发展，如何处理直流故障成为王程实践中需要考虑的关键问题。从原理上讲，直 流侧故障处理方法主要有3类：一是通过换流器闭锁实现故障的自清除；二是通 过交流断路器的动作使故障点与交流系统隔离；＝是通过直流断路器的动作使故 障点与交流系统隔离。采用晶闸管的常规两端直流输电系统即采用第一类方法， 在直流侧故障发生时，通过强制移相使两侧换流器进入逆变方式，使弧道电压、 电流迅速降低为零，实现直流侧故障快速消除，可用于易发化闪络等暂时性故障 的架空线路，而对于柔性直流输电系统，目前采用的两电平、电平换流器和模块 化多电平换流器均不具备闭锁能力，换流器新型拓扑尚未成熟，实际工程中仍采 用断开交流侧断路器来清除直流侧故障，但这样往往需要短时停运整个系统，导 致交流侧特别是弱交流系统收到较大冲击，增加了系统失稳的风险，同时降低了 柔性直流输电系统的可利用率。 2高压直流断路器的技术发展趋势 2.1机械式高压直流断路器的发展现状 机械式高压断路器通常采用将交流断路器（少油式断路器，真空式断路器等）改造之后用于直流系统之中以实现电路的开断。直流电不存在电流自然过零点， 灭弧困难。在低压小电流应用场合，可以通过增大电弧电压、分段串接限流电阻 或控制磁场气体发电断流等方法实现强迫直流开断熄弧。但在高压大电流应用场合，上述方法不可行，一般是对常规机械式交流断路器结构做适当改造，并增加 能够在开断直流电流过程中自动形成高频振荡电流过零点的振荡换流回路，以解 决机械开关切断高压大直流电流时的灭弧问题。在20世纪年70代初，美国公司 的专家就提出了采用振荡换流熄弧的机械式直流断路器基本结构其一般化拓扑结 构如图所示，主要由机械开关、振荡换流回路，以及能量吸收与过压放电回路等 部分构成。 图1 机械式直流断路器的基本拓扑结构 根据是否存在预先向振荡回路中的电容进行充电，机械式直流断路器的灭弧 方式一般分为自然振荡灭弧与强制振荡灭弧： （1）自然振荡灭弧 自然振荡灭弧直接利用电弧电压随电流增大而下降的非线性负电阻效应，利
ICS 中国南方电网有限责任公司企业标准 Q/CSG XXXXX—2015 柔性直流输电换流器技术规范 Technical specification of converters for high-voltage direct current (HVDC) transmission using voltage sourced converters (VSC) （征求意见稿） XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施 中国南方电网有限责任公司发布
目次 前言............................................................................... III 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语和定义 (1) 3.1 额定直流电流 rated direct current (1) 3.2最大直流电流maximum direct current (2) 3.3 短时过载（过负荷）直流电流short time overload direct current (2) 3.4 额定直流电压rated direct voltage (2) 3.5 额定直流功率rated direct power (2) 4 文字符号和缩略语 (2) 4.1 文字符号 (2) 4.2 缩略语 (2) 5 使用条件 (2) 5.1 一般使用条件的规定 (3) 5.2 特殊使用条件的规定 (3) 6 技术参数和性能要求 (3) 6.1 总则 (3) 6.2 换流器电气结构 (4) 6.3 阀设计 (5) 6.4 机械性能 (6) 6.5 电气性能 (7) 6.6 冗余度 (7) 6.7 阀损耗的确定 (8) 6.8 阀冷却系统 (8) 6.9 防火防爆设计 (8) 6.10 阀控制保护设计 (8) 7 试验 (9) 7.1 试验总则 (9) 7.2 型式试验 (9) 7.3 例行试验 (11) 7.4 长期老化试验 (11) 7.5 现场试验 (12) 8 其它要求 (12) 8.1 质量及使用寿命 (12) 8.2 尺寸和重量 (12) 8.3 铭牌 (12) 8.4 包装和运输 (12)
1 总则 1．1 适用范围 本标准适用于额定电压12kV，频率50Hz三相系统中的户内交流金属铠装中置式开关柜。 本标准不适用于有火灾、爆炸危险、化学腐蚀及剧烈振动等场所的开关柜。 1．2 引用标准 本标准在编写过程中主要参照以下资料： GB 3906-2006《3.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》 GB/T 11022-1999《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》 IEC298（1990）《额定电压1kV以上50kV及以下交流金属封闭开关设备和控制设备》DL/T 404-1997《户内交流高压开关柜订货技术条件》 SD/T318—89 《高压开关柜闭锁装置技术条件》 1．3 使用环境条件 1．3．1 环境温度： 最高温度+400C，最低温度-400C。 1．3．2 相对湿度： 日平均相对湿度≤95%， 月平均相对湿度≤90%。 1．3．3 海拔高度： 1000m。 1．3．4抗地震度： 地震烈度不超过8度。
1．3．5 周围空气应不受腐蚀性或可燃气体、水蒸汽等明显污染。 1．3．6 无严重污秽及经常性的剧烈震动，严酷条件下严酷度设计满足1类要求。1．3．7 在超过GB3906规定的正常的环境条件下使用时： 相对湿度大于70%时应接通电加热器； 凡海拔高度超过1000m的地方，按JB/Z102-71规定处理。 1．3．8 产品应能防止影响设备工作的异物进入。 1．4 额定参数 额定电压； 额定频率； 断路器额定电流； 开关柜额定电流； 额定热稳定电流及其持续时间； 额定动稳定电流； 额定短路开断电流； 额定短路关合电流； 额定绝缘水平； 防护等级。 1．4．1 额定电压： 3.6kV、7.2kV、12kV。 1．4．2 额定频率： 50Hz（±0.2）。 1．4．3 断路器额定电流： 630A、1250A、1600A、2000A、2500A、3150A。 1．4．4 开关柜额定电流： 630A、1250A、1600A、2000A、2500A、3150A。 1．4．5 额定热稳定电流及其持续时间： 额定热稳定电流：16kA、20kA、25kA、31.5kA、40kA、50kA； 持续时间:4s。 1．4．6 额定动稳定电流（峰值）： 40kA、50kA、63kA、80kA、100kA、125kA。
高压直流断路器目前的研究概况 1.前言 高压直流断路器的研制难点有三：一是直流电流不像交流电流那样有过零点，所以灭弧比较困难;二是直流回路的电感较大，所以需由直流断路器吸收的能量 比较大;三是过电压高。 高压直流断路器可以分为机械式高压直流断路器(mechanical HVDC circuit breaker)、固态高压直流断路器(solid-state HVDC circuitbreaker)与混合式高压直流断路器(hybrid HVDC circuit breaker)。 机械式直流断路器可以关断非常大的电流，并具有成本低、损耗小等优点， 但其开断速度较慢。 固态直流断路器开断速度迅速，但其相关损耗较高，且价格昂贵。 为克服两者的缺点，通过将机械式直流断路器和固态直流断路器集成在一个 装置上，从而形成混合式断路器。混合式直流断路器结合了机械开关良好的 静态特性与电力电子器件良好的动态性能，用快速机械开关来导通正常运行电流，用固态电力电子器件来分断短路电流，具有通态损耗小、开断时间短、无 需专用冷却设备等优点，是目前高压直流断路器研发的新方向，有着广阔的应 用前景。 下面将着重介绍混合式高压直流断路器的研究概况。 2 混合式高压直流断路器的研究概况 2.1 ABB--混合式高压直流断路器 2012 年，ABB 的混合式高压直流断路器技术被《麻省理工科技创业》评为2012 年度最重要的十大科技里程碑之一。该混合式高压直流断路器的基本结构如下图所示，主要包括机械式开关支路a(快速机械隔离开关b+负载转换开关
c)和半导体开关支路d(半导体断路器e+避雷器组f)。 -当直流线路正常运行时，半导体开关支路处于断开状态，快速机械隔离开关和负载转换开关导通并流过直流电流。 -当检测到直流线路发生短路时，首先导通半导体断路器，关断负载转换开关，线路上的电流转移到半导体开关支路上，负载转换开关承受半导体短路器的导 通电压。 -由于快速机械隔离开关此时流过的电流为零，快速机械隔离开关迅速打开。-当快速机械隔离开关打开后，半导体断路器开关断开，直流线路上的能量通过与半导体断路器并联的氧化锌避雷器吸收，短路电流下降。 ABB 所设计的半导体断路器单元设计图如下图所示，采用IGBT 作为半导体开关，并进行阀组串联。 该混合式高压直流断路器通过开断短路电流8.5kA 的短路试验，其开断时间 为5 毫秒。 2.2 ALSTOM--混合式高压直流断路器 2014 年阿尔斯通完成其混合式高压直流断路器原型产品的测试工作。该混合式高压直流断路器的基本结构如下图所示，主要包括旁路开关(UFD + PES)、半导体开关支路1(晶闸管+避雷器)、半导体开关支路2(晶闸管+电容器)和避雷 器组。 tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。仅供参阅！
南京工程学院 远距离输电技术概论 班级：输电112 学号： 206110618 姓名：钱中华 2014年12月10日
目录 0.引言 (3) 1.研究与应用现状 (3) 2.原理 (4) 3.特点 (5) 4.关键技术 (6) 5.发展趋势 (7) 6.小结 (9)
柔性直流输电技术 0.引言 随着能源紧缺和环境污染等问题的日益严峻，国家将大力开发和利用可再生清洁能源，优化能源结构。然而，随着风能、太阳能等可再生能源利用规模的不断扩大，其固有的分散性、小型性、远离负荷中心等特点，使得采用交流输电技术或传统的直流输电技术联网显得很不经济。同时海上钻探平台、孤立小岛等无源负荷，目前采用昂贵的本地发电装置，既不经济，又污染环境。另外，城市用电负荷的快速增加，需要不断扩充电网的容量，但鉴于城市人口膨胀和城区合理规划，一方面要求利用有限的线路走廊输送更多的电能，另一方面要求大量的配电网转入地下。因此，迫切需要采用更加灵活、经济、环保的输电方式解决以上问题。 柔性直流输电技术即电压源换流器输电技术(VSC HVDC)采用可关断电力电子器件和PWM 技术，是一种新型直流输电技术，它能弥补传统直流输电的部分缺陷，其发展十分迅速。为了进一步推动柔性直流输电技术在我国的研究和应用，本文结合ABB 公司几个典型应用工程， 详细介绍了柔性直流输电的系统结构、基本工作原理和与传统直流输电相比的技术优势，并就我国的实际情况讨论了柔性直流输电在我国多个领域，尤其是风电场的应用前景。 1.研究与应用现状 自1954 年世界上第一个直流输电工程（瑞典本土至GotIand 岛的20MW、100kV 海底直流电缆输电）投入商业化运行至今，直流输电系统的换流元件经历了从汞弧阀到晶闸管阀的变革。然而由于晶闸管阀关断不可控，目前广泛应用的基于PCC的传统直流输电技术有以下固有缺陷：1只能工作在有源逆变状态，且受端系统必须有足够大的短路容量，否则容易发生换相失败；2换流器产生的谐波次数低、谐波干扰大；3换流器需吸收大量的无功功率，需要大量的滤波和无功补偿装置；4换流站占地面积大、投资大。因此，基于PCC的常规直流输电技术主要用于远距离大容量输电、海底电缆输电和交流电网的互联等领域。 其先研究主要发展有一下几项基本技术： 1.高压大容量电压源变流器技术 模块化多电平变流器可以有效降低交流电压变化率，其拓扑结构如图 1 所示。桥臂中的每个子模块可以独立控制，每相上、下两个桥臂的电压和等于直流母线电压。交流电压通过控制每相中两个桥臂的子模块旁路比例来叠加实现，桥臂中的子模块越多，交流电压的谐波越小。与两电平变流器相比，由于不需要每一相上的所有器件在较高频率下同时动作，模块化多电平大大降低了器件的开关损耗。
柔性直流输电 一、常规直流输电技术 1. 常规直流输电系统换流站的主要设备。常规直流输电系统换流站的主要设备一般包括：三相桥式电路、整流变压器、交流滤波器、直流平波电抗器和控制保护以及辅助系统(水冷系统、站用电系统)等。 2. 常规直流输电技术的优点。 1）直流输送容量大，输送的电压高，最高已达到800kV，输送的电流大，最大电流已达到4 500A；所用单个晶闸管的耐受电压高，电流大。 2）光触发晶闸管直流输电，抗干扰性好。大电网之间通过直流输电互联（背靠背方式），换流阀损耗较小，输电运行的稳定性和可靠性高。 3）常规直流输电技术可将环流器进行闭锁，以消除直流侧电流故障。 3. 常规直流电路技术的缺点。常规直流输电由于采用大功率晶闸管，主要有如下缺点。 1）只能工作在有源逆变状态，不能接入无源系统。 2）对交流系统的强度较为敏感，一旦交流系统发生干扰，容易换相失败。 3）无功消耗大。输出电压、输出电流谐波含量高，需要安装滤波装置来消除谐波。 二、柔性直流输电技术
1. 柔性直流输电系统换流站的主要设备。柔性直流输电系统换流站的主要设备一般包括：电压源换流器、相电抗器、联结变压器、交流滤波器和控制保护以及辅助系统(水冷系统、站用系统)等。 2. 柔性直流输电技术的优点。柔性直流输电是在常规直流输电的基础上发展起来的，因此传统的直流输电技术具有的优点，柔性输电大都具有。此外，柔性输电还具有一些自身的优点。 1）潮流反转方便快捷，现有交流系统的输电能力强，交流电网的功角稳定性高。保持电压恒定，可调节有功潮流；保持有功不变，可调节无功功率。 2）事故后可快速恢复供电和黑启动，可以向无源电网供电，受端系统可以是无源网络，不需要滤波器开关。功率变化时，滤波器不需要提供无功功率。 3）设计具有紧凑化、模块化的特点，易于移动、安装、调试和维护，易于扩展和实现多端直流输电等优点。 4）采用双极运行，不需要接地极，没有注入地下的电流。 3. 柔性直流输电技术的缺点。系统损耗大（开关损耗较大），不能控制直流侧故障时的故障电流。在直流侧发生故障的情况下，由于柔性直流输电系统中的换流器中存在不可控的二极管通路，因此柔性直流输电系统不能闭锁直流侧短路故障时的故障电流，在故障发生后只能通过断开交流侧断路器来切除故障。可以使用的最佳解决方式是通过使用直流电缆来提高系统的可靠性和可用率。 三、常规直流输电技术和柔性直流输电技术的对比
网络教育学院 本科生毕业论文（设计） 题目：高压开关技术 学习中心： 层次：专科起点本科 专业： 年级：年春/秋季 学号： 学生： 指导教师： 完成日期：年月日
I 个字符的中文摘要。 针对本题目，摘要可写成： 随着我国电力事业的迅速发展,人们对于电力系统可靠性和安全性的要求越来越高。电力设备正朝着大型化、自动化和智能化的方向发展。高压开关是电力系统中最重要的控制和保护设备,在电网中的作用至关重要,其故障带来的后果是十分严重的。一旦电力系统发生故障,即使只引起生产设备短暂的停止工作,也会造成巨大的损失。 本论文所要研究的。 第二段主要介绍本次论文研究的主要内容、方法以及取得的成果。
高压开关技术 目录 内容摘要 ...........................................................................................................................I 1 绪论 . (1) 1.1 高压开关的发展现状与趋势 (1) 1.2 国外高压开关的发展情况 (1) 1.3 我国高压开关的发展情况 (2) 1.4 本论文的主要工作 (3) 2 ____概述 (4) 2.1 ____特点与组成结构 (4) 2.2 ____操动机构及工作原理 (4) 2.3 ____电气特性 (5) 3 ____常见故障分析 (6) 3.1 ____运行状况概述 (6) 3.2 ____常见故障及分析 (6) 4 ____解决方案 (7) 4.1 ____检测与诊断 (7) 4.2 ____故障解决办法 (7) 4.3 ____发展方向 (7) 结论 (8) 参考文献 (9) 附录 (10) II
带你了解高压直流断路器 近日，张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程竣工投产。该工程是世界上首个具有网络特性的直流电网工程。工程核心技术和关键设备均为国际首创。其中，作为工程骨干设备之一的高压直流断路器，其设计、研发、制造、应用等方面取得了重大突破。 电力输送从简单的线条向复杂的网络发展，需要依靠高压断路器形成能够开合的节点，从而实现电网各部分灵活地组合或分离。这一方面扩大了电网的规模，另一方面提高了电网对故障的冗余能力。无论是交流电网还是直流电网，高压断路器都是电力输送网络中最基础和关键的设备。 高压直流断路器就是切断直流电流的装备。完成直流输电系统运行方式切换和线路故障清除是它的两大主要功能。高压直流断路器也因此被称为直流电网的“网络关节”和“安全守卫”，对保障直流系统安全、经济、灵活运行意义重大。张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程（以下简称张北柔直工程）高压直流断路器的研发应用填补了500千伏高压直流断路器产品及工程应用的国际空白，也使直流输电向直流电网发展成为现实。 从无到有，高压直流断路器逐步升级 自20世纪50年代高压直流输电技术走向工程应用以来，世界上已有上百个直流输电工程投入运行，大多数采用点对点输电的形式。高压直流断路器的缺乏制约了直流输电向网络化的方向发展。要形成直流电网，迫切需要制造出能快速切断大电流的高压直流断路器。 2012年，全球能源互联网研究院有限公司率先提出了高压直流断路器构想并启动项目研究。通过科研攻关，联研院先后突破了高压直流断路器基础理论研究、关键零部件研制、样机集成及等效试验等系列关键技术难题。 2014年年底，联研院自主研发出世界首套200千伏高压直流断路器样机。2016年年底，200千伏高压直流断路器成功应用于舟山五端柔性直流输电工程，标志着国家电网公司在直流断路器领域向前迈出一大步，也填补了国际上高压直流断路器工程应用的空白。投运以来，200千伏高压直流断路器累计完成60余次系统切换、4次直流海缆单双极接地短路故障清除，解决了该工程的带电投退、
KYN28-12高压开关柜技术说明 1概述 1.1KYN28-12型铠装式交流金属封闭开关设备(以下简称开关柜)，系三相交流50HZ单母 线及双母线分段系统的户内成套配电装置，适用于发电厂、变电站以及工矿企业的额定电压3～10kV电网中，作为接受和分配电能之用，并对电路实行控制、保护和监测。 1.2开关柜内配置高性能真空断路器，成套设备可满足电网对高压开关柜要求，并适合“五 防”和全工况、全封闭、全绝缘条件。 2环境条件 KYN28-12型开关柜在设计中已充分考虑到客户当地的气候及周围环境，并满足其特殊要求。条件与措施如下： 3参照国际相关标准 4技术参数
电流互感器 电流互感器用环氧树脂浇注而成，通常用于向测量和保护装置传递信息。电流互感器包括具有相关性能和精度等级并适合安装要求的一个线束铁芯或带一个或多个铁芯的套管棒。符合 IEC 60044-1标准。尺寸符合 DIN 42600 窄型标准。电流互感器通常安装在负荷侧来测量相电流。 电压互感器 电流互感器用环氧树脂浇注而成，通常用于向测量和保护装置传递信息。可固定安装或安装在互感器小车上。符合 IEC 60044-2。尺寸符合 DIN 42600 窄型标准。电压互感器采用单极电压互感器，具有适合相连设备功能要求的性能和精度等级。 5开关柜的设计报告 5.1柜体 5.1.1KYN28-12型开关柜为金属铠装移开式。 5.1.2柜体的外壳与各功能小室的隔板均采用优质板材，具有很强的抗腐蚀与抗氧化性能， 并具有比同等钢板高的机械强度。 5.1.3柜体无任何焊接点，柜体由螺栓连接组成，为全组装结构。 5.1.4柜体的安装维护可在正面进行，也可在背面进行，开关柜不仅可安装成面对面或背 对背双排排列，而且可根据具体项目要求靠墙安装，节省占地面积。 5.1.5整个柜体由接地的金属隔板分隔成四个功能小室，即：母线室、继电器室、断路器 手车室和电缆室，各功能单元设有独立的压力释放通道和释放门。 5.1.6断路器手车室内安装有特定的导轨，可轻巧地推进或抽出断路器手车。 5.1.7手车室内设计有带自动锁扣和开启的电气型金属帘板，可满足手车断路器与母排侧 和电缆侧之间同时自动隔离的要求。 5.1.8手车室内有隔离位置、试验位置及工作位置，每一位置均设有定位装置。 5.1.9各功能单元均装有门，门上装有锁和铰链。
5 选择断路器几个要点 5. 1 直流整流电路过流保护 直流整流电路的过流保护一般考虑采用在交流侧的熔断器或断路器的保护方案，可根据整流电路、负载和直流侧工作电流来选择交流断路器的额定电流、额定电压和分断能力。 5. 2 电池组直流电源的过流保护 举例说明：一电池组的容量为500 Ah 。最大放电电压240 V (110 块2. 2 V 的电池串联) 。每块电池内阻为0. 5 mΩ(电池组内阻Ri = 55 mΩ) 。电源在选择断路器时应考虑以下3 点： (1) 选择断路器的工作电流。I = U/ Z ，Z为电路和设备阻抗，Z = Ri + R = U/ I ，当R mRi ，Ri 可忽略不计。R = 20 Ω时，I = 240 V/ 20Ω= 12 A。断路器额定工作电流可选择16 A。 (2) 选择断路器的额定短路能力。Icu =U/ Ri = 240 V/ 0. 05 Ω= 4 kA。可选择具有6 kA或10 kA 的直流短路保护能力的断路器。如果电池组的内阻未知，可近似计算所选用的断路器的 短路保护能力，用公式Ics = KC ，C 为电池容量，单位为Ah ，K 为系数，10 ≤K < 20 ，一般选择10 ，但不超过20 (如，Ics = 5 kA) 。交流断路器可采用多极串联的方式来提高其直流分断能力。 (3) 选择断路器的工作电压。可根据电池的放电电压(也认为是直流电路的电源电压) 决定所 选择断路器的工作电压。断路器的额定工作电压要大于电池组的放电电压。 6 交流断路器在直流电路中的串联使用 电路中，单相交流电压为220 (230) V、440V ;而直流电路电压为24 、48 、60 、125 、220 (250) 、440 V。交流断路器在直流电路中应用时重点要考虑直流电路的电压问题。直流电路的电压越高，电弧电压大于电源电压的熄弧条件越难满足，电弧越不容易熄灭，故交流断路器分断直流短路电流越困难。 交流断路器在直流电路应用中要提高其直流分断能力问题，尤其对于电压较高的直流电路电压，简单有效的办法是将多极断路器串联使用。 多极交流断路器串联有以下两个作用： (1) 在分断直流短路电流时，相当在电路中串联若干个电弧动态电阻，增加电弧电阻起到对短路电流的限流作用，同时也提高电弧的燃弧电压和减小电路的时间常数，从而可提高断路器的直流分断能力。 (2) 降低每一弧隙电压。例如，两极断路器串联在250 V 的直流电源中，每弧隙电压为125V ，减少了1/ 2 电压，即燃弧时，弧隙电弧减少了1/ 2 的能量，这样有利与电弧的熄灭。 7 直流应用电路 在直流应用时是否将交流断路器串联使用取决于直流工作电压和直流供电系统。首先要考虑的是直流电路电源电压但同时也要考虑直流供电系统的形式。IEC60898 ：222002 规定额定电压为230V 小型交流单极断路器在直流电路中使用时直流电源电压一般不能超过220 V ，> 220 V 直流电压应考虑断路器的二极串联使用。从更安全的角度上讲建议当直流电压为125 V 时使用二极串联使
高压直流断路器的研究简述 文章综述了高压直流断路器的研究背景和应用现状，简要介绍了高压直流断路器在高压直流输电中的作用；高压直流断路器的主要性能指标以及高压直流断路器的种类及其原理结构；高压直流断路器灭弧方式的物理设计，重点说明了高压直流断路器的开断原理；对高压直流断路器进行了分类，并介绍了世界先进水平的高压直流断路器；总结了现今高压直流断路器研究的技术难题和未来的发展方向。 标签：高压直流输电；高压直流断路器；开断原理 1 概述 高压直流（HVDC）输电系统是由整流器、高压直流输电线路以及逆变器组成，其中整流器和逆变器统称为换流器。从结构上看，高压直流输电是交流-直流-交流形式的电力电子换流电路[1]。自从1954年瑞典哥特兰的世界上第一项高压直流输电工程投运以来，高压直流输电技术已经随着电力电子技术的突飞猛进而飞速发展[2]。高压直流输电系统主要有两个作用[3，4，5]：一是将频率不同或频率控制策略不同的交流系统联接起来；二是增长输电距离以及增大输电容量。我国现有的特高压直流示范工程有三个，分别是南方电网公司的云广±800kV 特高压直流输电示范工程，国家电网公司的向上±800kV特高压直流输电示范工程和锦苏±800kV特高压直流输电示范工程。与交流输电比较，直流输电主要有以下优点：输电损耗小、线路造价低；电压压降小；直流输电不要求与电网同步；可分期建设，提高投资效益[7]。高压直流输电工程的结构中，直流断路器是至关重要的设备之一。研制高压直流断路器主要需要突破三个难点[8，9]：一是直流输电电流没有过零点，增加断路器的灭弧的难度；二是直流输电回路的电感很大，而需要开断的电流往往也很大，导致直流断路器需承受巨大的能量；三是直流输电的过电压高。 2 高压直流断路器的基本构成和开断原理 2.1 高压直流断路器的基本构成 开断直流电流一直是高压直流输电系统中的重大难题之一。主要原因是直流电流没有自然过零点，必须强迫电流过零才能熄弧。另外在开断电流过零，电弧熄灭时，直流系统中仍存储着巨大的能量需要释放，这部分能量在断路器两端可能产生很高的过电压从而造成开断失败。 高压直流断路器的基本构成如图1所示[9]。 高压直流断路器是由：QB装置，振荡回路，耗能元件组成。QB装置通常采用传统的真空断路器和SF6断路器改造而成，QB装置为了获取较低的电弧电压，需要加装辅助回路，包括有源辅助回路和无源辅助回路两种。振荡回路用于
柔性直流输电 一、柔性直流输电技术 1. 柔性直流输电系统换流站的主要设备。柔性直流输电系统换流站的主要设备一般包括：电压源换流器、相电抗器、联结变压器、交流滤波器和控制保护以及辅助系统(水冷系统、站用系统)等。 2. 柔性直流输电技术的优点。柔性直流输电是在常规直流输电的基础上发展起来的，因此传统的直流输电技术具有的优点，柔性输电大都具有。此外，柔性输电还具有一些自身的优点。 1）潮流反转方便快捷，现有交流系统的输电能力强，交流电网的功角稳定性高。保持电压恒定，可调节有功潮流；保持有功不变，可调节无功功率。 2）事故后可快速恢复供电和黑启动，可以向无源电网供电，受端系统可以是无源网络，不需要滤波器开关。功率变化时，滤波器不需要提供无功功率。 3）设计具有紧凑化、模块化的特点，易于移动、安装、调试和维护，易于扩展和实现多端直流输电等优点。 4）采用双极运行，不需要接地极，没有注入地下的电流。 3. 柔性直流输电技术的缺点。系统损耗大（开关损耗较大），不能控制直流侧故障时的故障电流。在直流侧发生故障的情况下，由于柔性直流输电系统中的换流器中存在不可控的二极管通路，因此柔性直流输电系统不能闭锁直流侧短路故障时的故障电流，在故障发生后只能通过断开交流侧断路器来切除故障。可以使用的最佳解决方式是通过使用直流电缆来提高系统的可靠性和可用率。 二、常规直流输电技术和柔性直流输电技术的对比 1. 换流器阀所用器件的对比。 1）常规直流输电采用大功率晶闸管，由于晶闸管是非可控关断器件，这使得在常规直流输电系统中只能控制晶闸管换流阀的开通而不能控制其关断，其关断必须借助于交流母线电压的过零，使阀电流减小至阀的维持电流以下才行。 2）柔性直流输电一般采用IGBT阀，由于IGBT是一种可自关断的全控器件，即可以根据门极的控制脉冲将器件开通或关断，不需要换相电流的参与。 2. 换流阀的对比。 1）常规直流输电系统中换流阀所用的器件是大功率晶闸管和饱和电抗器，
研究背景 基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的柔性直流系统由于谐波畸变小且开关损耗低，是高电压大容量直流输电的重要发展方向。目前，世界X围内基于MMC的柔性直流工程发展迅猛;国内已有5项MMC工程投运，同时还有多项高压乃至特高压MMC工程处于规划之中，并可能成为我国未来大区域电网互联的重要手段。与交流输变电工程不同，柔性直流工程需要根据送受端交流系统条件、输电距离、投资和占地等条件开展定制化的系统设计。 （来源：电力系统自动化ID：AEPS-1977） ±320kV/1000MWXX柔性直流输电工程(以下简称XX工程)是世界X围内第一个采用双极接线的柔性直流工程，也是额定直流电压和输送容量均达到世界之最的柔性直流工程，两端换流站鸟瞰示意图如图1所示。与以往对称单极柔性直流工程相比，首次采用的双极接线和大传输容量对工程的系统设计提出了新的要求。本文对双极高压大容量柔性直流工程的系统设计展开研究，研究结论在XX工程得到成功应用，验证了设计方案和技术参数的正确性。 (a) 彭厝换流站 (b) 湖边换流站 图1 XX工程换流站鸟瞰示意图 1 主接线及运行方式 当高压大容量柔性直流工程采用对称单极接线，存在如下问题： 1)与同容量双极柔性系统相比，可靠性较低。 2)换流单元采用三台单相双绕组变压器，导致变压器容量大，运输困难。 3)换流站设备的绝缘水平要求较高。考虑到上述因素，XX工程采用双极带金属回线的主接线，主接线设计如图2所示。
图2 双极柔性直流换流站接线示意图 根据主接线设计特点和转换开关配置方案，XX工程存在以下3种运行方式： 方式1：双极带金属回线单端接地运行(见图3(a))。其中，接地点仅起钳制电位的作用，不提供直流电流通路。双极不平衡电流通过金属回线返回。 方式2：单极带金属回线单端接地运行(见图3(b))。接地点的作用同方式1，且单极极线电流通过金属回线返回。 方式3：双极不带金属回线双端接地运行(见图3(c))。双极不平衡电流通过大地回路返回。该方式为运行方式转换过程中出现的临时方式，且必须保证直流系统处于双极对称状态。
摘要 高压直流（HVDC）电网是解决可再生能源大规模接入的重要途径。发展高压直流电网对大规模电能的远距离输送、促进新能源的并网及消纳、提高区域交流互联电网的安全稳定性具有重要意义。而高压直流断路器是直流电网发展的瓶颈问题。本文分析了高压直流电网对高压直流断路器的需求；介绍了各种直流断路器的主要性能、基本构成、开断原理等。 关键词：高压直流输电，直流断路器，MRTB，ERTB，NBS，NBGS 前言 随着传统化石能源短缺和环境污染问题的不断加剧，以及风电、太阳能等可再生清洁能源的迅速发展，能够实现间歇式可再生能源大规模接入的多端高压直流输电系统，及其向HVDC电网方向的发展，越来越受到世界各国的关注。2008 年，欧洲提出超级智能电网(super grid)规划，旨在充分利用可再生能源的同时，实现国家间电力交易和可再生能源的充分利用；2011 年，美国提出了2030 年电网构想(Grid 2030)，即美国未来电网将建立由东岸到西岸、北到加拿大、南到墨西哥，主要采用超导技术、电力储能技术和更先进的直流输电技术的骨干网架。 中国风力资源丰富地区主要集中在东北、华北、西北等区域。但这些地区大多负荷水平较低、调峰能力有限，大规模风电就地利用困难，需要远距离大容量输送，并在大区以至全国范围内实现电量消纳。这对中国发展HVDC电网技术提出了迫切的需求。随着HVDC 输电技术向HVDC 电网的发展，对整个系统的可靠性和稳定、安全运行也提出了更高的要求。其中所面临的巨大挑战就是HVDC 电网中短路电流的开断问题。与交流系统相比，HVDC 电网中时间常数小，短路电流上升速度快，同时造成直流电压的跌落，甚至引起换流器和短路电流的失控，而且直流电流由于缺乏自然过零点而难以开断。能够实现快速切除或隔离短路故障的高压直流断路器已成为HVDC 电网发展的瓶颈问题。 一、直流电网发展对高压直流断路器的 需求 随着直流输电技术向HVDC电网的发展，对整个系统的可靠性和稳定、安全运行也提出了更高的要求，其中所面临的巨大挑战就是HVDC 电网中短路电