混合式限流断路器中快速隔离组件的设计与仿真.pdf

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1、Vo1．31No．122011．12船电技术l控制技术式限流断路器中快速隔离组件的设计与仿真高原张能袁阳高宜朋(海军驻葫芦岛431厂代表室，辽宁葫芦岛125004)摘要：混合式限流断路器具有机械开关良好的静态特性和固态开关无弧快速分断的动态特性，是国际上新型断路器的发展方向。本文设计了一种基于电力电子器件的双向快速隔离组件拓扑结构，在EMTP中建立了快速隔离组件的仿真模型，通过脉冲电容器电源系统的短路分断试验验证了仿真模型的正确性。关键词：混合式限流断路器仿真中图分类号：TM561文献标识码：A文章编号：10

2、03—4862(2011)12—0025—03DesignandSimulationofFastIsolationModuleofHybridCurrentLimitingCircuitBreakerGaoYuan，ZhangNeng，YuanYang，GaoYipeng(NavyPlantRepresentativesOficein431Shipyard，Huludao125004，Liaoning，China)Abstract：Thehybridcircuitbreakerwhichhasboththes

3、taticcharacteristicsofmechanica，switchanddynamiccharacteristicsofsolid-stateswitchisanewconceptininternationalnovelcircuitbreakerresearch．Thispaperdesignsabi—directionfastisolationmodulebasedonpowerelectronicelements．Thesimulationmodelofthefastisolationmodu

4、leisestablishedinEMTPprogram．Thebreakingtestwiththesourceofcapacitorverifiesthatthesimulationmodeliscorrect．Keywords：hybri~current—limiting；circuitbreaker；simulation1引言统的发展要求和断路器的发展方向。近期文献表明，荷兰、日本、德国、瑞典都已大量投入展开直流供电电源由蓄电池组和多相整流发电机相关研究，并已取得显著成效[4-6]。本文在已有的组成。

5、长时间以来，系统短路所产生的巨大冲击研究基础上设计了一种基于电力电子器件的双向电流一直困扰着设计与使用部门，这主要表现在：快速隔离组件拓扑结构，进行了仿真与试验的对(1)直流断路器由于最大分断和接通能力已趋近比分析。极限，且动作时间较慢，使其难以满足系统短路保护的需要；(2)巨大的短路冲击电流所产生的电2快速隔离组件的结构动力对系统中的电气设备，尤其是汇流排和发电混合式限流断路器的组成如图1所示，包括机的可靠工作将产生严重的威胁]。高速开关组件、快速隔离组件和检测控制组件等。近几年，一种将机械开关和快速隔离组

6、件并故障状态时，电流上升到设定动作值使高速开关联应用的混合限流技术成为了世界各国的研究热组件快速分断，电流换流至快速隔离组件上}J点，如采用斥力高速开关技术的限流断路器、机其分断。其中，快速隔离组件设计是该限流断路械一电力电子混合型限流器等p】。由于限流分断速器设计中的关键技术之一。度快且可恢复，新型限流技术已被公认为电力系本文设计了图2所示的基于电力电子器件的双向快速隔离组件的拓扑结构，该结构主要由大收稿日期：2011-08．09功率晶闸管F1续流二级管Dl～2和储能电容C作者简介：高原(1978一)，男，

7、工程师，研究方向：主等组成，完成断路器的换流、无弧分断、储能控要从事电力系统管理。制和过压抑制等功能。由于采用了电力电子器件，25船电技术l控制技术该装置具有动作迅速准确、通流容量大和快恢复离组件仿真模型，检测控制电路的判断短路电流等优点。和发出延时动作信号的功能也一并包含在该模型传感器高速开关组件中。分别进行了解析计算、试验与EMTP仿真。主回路电流、晶闸管F1电流、晶闸管F2电流和二极管电流的试验与仿真波形见图5。电路中相关变量的解析计算值、仿真计算值与试验实测值对比见表l。试验测得主回路电流最大值f为3

8、60A，晶闸管F2上电流最大值为720A，快速隔离组件组件两端电压峰值为600V。图1混合式限流断路器的原理图图5试验波形中晶闸管和二极管上的电流过零后还存在一个反向导通过程，这是由于晶闸管或二极管基区的过剩载流子(空穴和电子)不能立即消失，需要经过迁移、复合、扩散等方式使其浓度降低，同时受外电路电感影响而在器件中流过负电流，器件两端会承受负电压尖峰，这就是晶闸管(二极管)的反向恢复特性。而在仿真建