高压直流断路器目前的研究概况

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。

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