柔性直流電網(wǎng)直流側(cè)故障下500 kV混合式直流斷路器暫態(tài)電流特性分析

文衛(wèi)兵，魏爭(zhēng)，賴佳祥，石巖，楊勇，王加龍

(1. 國(guó)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司, 北京市 102209；2. 美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)艾爾·富爾頓工程學(xué)院，美國(guó)亞利桑那州坦佩 85282)

0 引 言

大力推進(jìn)新能源開發(fā)利用是實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、保障國(guó)家能源安全的重要途徑。但是，風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電波動(dòng)性大、可控性弱，并網(wǎng)送出面臨巨大技術(shù)挑戰(zhàn)。柔性直流電網(wǎng)不僅可以發(fā)揮柔性直流輸電在新能源開發(fā)、利用上的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，還可實(shí)現(xiàn)多電源供電和多落點(diǎn)受電，通路冗余性強(qiáng)，非常適合解決大規(guī)模新能源并網(wǎng)和送出難題[1-2]。然而，柔性直流電網(wǎng)具有低慣性、弱阻尼特征[3]，直流側(cè)故障發(fā)展速度極快，易導(dǎo)致柔性直流換流閥等設(shè)備損壞。通過(guò)交流斷路器或全橋換流器處理柔性直流電網(wǎng)中的直流側(cè)故障，會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致電網(wǎng)中故障極全部換流器功率傳輸中斷[4]，進(jìn)而造成孤島接入柔性直流電網(wǎng)的新能源電場(chǎng)出現(xiàn)大面積風(fēng)機(jī)無(wú)序脫網(wǎng)等嚴(yán)重后果。直流斷路器能夠快速開斷直流短路電流，選擇性隔離故障元件，維持柔性直流電網(wǎng)功率輸送，是突破上述瓶頸的有效甚至唯一技術(shù)手段[5]。

直流斷路器主要分為機(jī)械式、固態(tài)式和混合式3類[6]。其中，混合式因通態(tài)損耗小、無(wú)電弧燒蝕、易于同時(shí)實(shí)現(xiàn)高換流速度和高可靠性而受到廣泛關(guān)注[6-10]。柔性直流電網(wǎng)直流側(cè)故障下，混合式直流斷路器所承受故障電流的發(fā)展速度可達(dá)每毫秒數(shù)千安。研究該場(chǎng)景下混合式直流斷路器暫態(tài)電流特性，對(duì)于直流斷路器主支路、轉(zhuǎn)移支路中電力電子閥組的設(shè)計(jì)及器件選型具有重要的指導(dǎo)意義。……