Stjórningarkerfi fyrir síðurgjarnar gerðar af síðurgjarna og hágildis DC spennuskakalara

I. Verkefnastefna og eftirspurnar greining​
Með aukinni fyrirhuga á orkustofnunum hefur spennubréfasteikningur (VSC) sem byggir á gildandi DC flutningstækniblómstur verið að orða að mikilvægri lausn til að samþætta stóra hæfileika af endurmagnuðu orku og auka fjartengda orkuflutningarafl, vegna kostanna eins og óháð stýring yfir virka- og reynsluvirkni og lága harmónugildi. Smíðun gildandi DC nets er óbrotin þróunartendill. Í þessu samhengi eru háspenna DC straumsbrotin, sem kereðustjórnunar tæki fyrir hratt villuveitingu og tryggingu netssöfnunar og öruggleika, mjög mikilvæg. án háþróaðra DC straumsbrotina myndu verkunargildi og rafbikafrelsi gildandi DC nets vera alvarlega takmarkað.

Núverandi aðalháspenna DC straumsbrotatækni hafa marktæk markmið:

• ​Mechanisk straumsbrot: Ef þau bera lág meðferðar tapa og hæga dreifivirkni, er brotunartíminn þeirra taka millisekúndur, en hann misskilur strengu krav í millisekundum fyrir hratt villuveitingu í gildandi DC nets.
• ​Allra sólhluta straumsbrot: Byggð á samlagða tækni, bera þau ekstremlega hratt brotunartíma en hafa of mikla meðferðar tapa, hægar rekstur kostnaðar og láglega hagkerfi.
• ​Heimilislega blanduð straumsbrot: Þó að þau sameigni lág meðferðar tapa mekanískra slékkja og hratt brotunartíma sólhlutar, þarf að tengja IGBT í báðar áttir, sem valdar lægra notkunartækni, kerfi flóknari og hærum kostnaði.

Til að leysa þessa teknokufla er nauðsynlegt að finna nýtt DC straumsbrotalausn sem sameignir hratt brotunartíma, lága meðferðar tapa, hág hagkerfi og hág öruggleika.

​II. Lausn: Rettiferandur blanduður háspenna DC straumsbrot​
Þessi lausn býður upp á nýjan rettiferandann blanduðu háspenna DC straumsbrot topologíu, sem grundvallarlega leysir takmarkanir núverandi tækni.

​​(I) Kerntækni: Nýjar straumleiðir​
Topologín á þessu straumsbrotinu samanstendur af straumleið og straumbrotaleið sem eru tengdir parallel.

1. ​Straumleið:
• ​Samsetning: Samanstendur af hraða mekanískri slékkju (S1) og straumleiðar grúpu (Q1) sem eru tengdir series.
• ​Eiginleikar: S1 hefur mjög lágan snertingarspenna (aðeins tíu millióhm) og Q1 samanstendur af litlu fjölda IGBT með lága leiðsluspenna. Á meðaltíma fer staðfest straumur gegnum þessa leið, sem tryggir lág meðferðar tapa.
2. ​Straumbrotaleið:
• ​Samsetning: Notar brúkarrettiferandar struktúru, sem samanstendur af brúkar commutation grúpu (D1-D4, formuð af mörgum series-tengdu dióðum), einbeinstraumur brotunargrúpu (Q2, formuð af mörgum series-tengdu IGBT) og óreglulegan viðstand (MOV1, skydd).
• ​Kernefni: Brúkarrettiferandar struktúran hefur klœkt búið til straumur commutation, sem leyfir einbeinstraumur IGBT brotunargrúpunni (Q2) að brota tvívís DC villustraumur. Samanburði við heimilislega blanduðar topologíur, fjöldi IGBT hefur minnkað um um það bil hálft. Með tilliti til þess að kommersísk press-pack IGBT kostna um 10 sinnum meira en dióður af sama stærð, og minnka IGBT fjöldi mun líka minnka fjölda meðferðarbóka, þessi topología náði marktæk kostnaðar minnka og allsherjar hækkun.

​​(II) Hæg brotunartíma vinnuskipan​
Takmarkað með straumur sem fer frá Port 1 til Port 2 sem dæmi, brotunartíman inniheldur fjóra stigi:

1. ​Stig 1 (t0–t1, Villuveiting)​: Skemmtu villuveiting gerist á línanum, sem valdar straumur að stiga hratt. Í þessu tíma eru S1 og Q1 opnir, Q2 er lokaður, og villuveitingar straumur fer allur gegnum straumleið.
2. ​Stig 2 (t1–t2, Straumur skipti)​: Stjórnakerfi gefur út opnun skipun, sem opnar Q2 og lokar Q1. Opnun Q2 gerir commutation spenna á brúkararm, sem bjóður upp á straumur að skipta frá straumleið til straumbrotaleið (leið: D1 → Q2 → D4).
3. ​Stig 3 (t2–t3, Mekanískri slékkju brotunartíma)​: Eftir að straumur í straumleið er fullkomlega skipt, hraða mekanískri slékkju S1 brotar undir núll-straumur og núll-spenna skilyrðum án bogaskipta, sem setur upp dreifivirkni.
4. ​Stig 4 (t3–t4, Villuveitingar straumur losun)​: Eftir að S1 er fullkomlega brotið, er Q2 lokad. Lokun Q2 gerir einkennilega spenna yfir straumsbrotinu, sem keyrir MOV1 til að opna og víkveita villuveitingar straumur í MOV1 til að sleppa til að orkur er eytt, straumur fer niður að núlli, og villuveiting er fullkomlega lokið.

Brotunartíma regln fyrir andstæðu straumur er sama, leiðbeinuð af dióðubrúku (D2, D3) til að fer í gegnum Q2.

​​(III) Intelligent stjórnunarskipan​

1. ​Fyrir-brotunartíma stjórnunarskipan:
• ​Markmið: Til að yfirleitt hafa hægt hlutfall hraða mekanískri slékkju opnunartíma (um 2 ms), skyrta samlaðan brotunartíma, og dæma topp villuveitingar straumur.
• ​Rök: Með rauntíma könnun busaspenna, lína spenna, og lína straumur (að alls 6 skilyrði, eins og sýnt er í töflu 1), ef einhver skilyrði er triggja, fyrir-brotunartíma aðgerð er byrjað fyrir (skipta straumur til straumbrotaleið og opna S1). Ef formlega opnun skipun er síðan tekið, er brotunartíma fullkomlega lokið; ef það er fals alarm, er straumur skipt aftur til straumleið til að halda áfram normala verkun.
• ​Afstaða: Simulationar sýna að þessi skipan getur dæmd villuveitingar straumur frá 25 kA til 17 kA, með samlaðan brotunartíma staðfestur innan 3 ms.

​Töflu 1: Fyrir-brotunartíma virkja skilyrði​

1. ​Soft loka stjórnunarskipan:
• ​Markmið: Til að taka á móti mögulegu of spenna og kerfi svifun við loka tíma, án þess að þurfa að bæta við viðstanda og slékkjur, sem vistað kostnaðar og pláss.
• ​Rök: Straumbrotaleið er skoðað sem samanstendur af mörgum miðal spenna einingar tengdur series. Við loka, þessar miðal spenna einingar eru raðbundið og stjórnað opnað til að stapa stíg. Eftir hverja stigi, villuveitingar próf eru gerð. Ef engin villuveitingar er tekið, fer ferlið fram til að allar einingar eru opnuð. Að lokum, straumleið er lokad, og straumbrotaleið er lokad. Ef villuveitingar er tekið í ferlinu, er lokað hætt fullkomlega.
• ​Notkun: Passar fyrir normala loka og sjálfvirkt endurtenging eftir villuveitingar losun. Simulationar staðfestir ekki of spenna eða svifun.

​III. Upprunaleg smíðun og prófanlegt staðfesting​

​​(I) Aðal stillingar og smíðun upprunalegs​
500 kV DC straumsbrot verktækjan upprunaleg var smíðuð með eftirtöldu aðal stillingum:

• ​Smíðun:
• ​Straumleið: Vegna langtímabera straumur, Q1 er úrustaður með vatn kjölakerfi og settur neðst í völur towern; S1 samanstendur af mörgum vakuum slékkjur series, dreifuð af magnétísk repulsion verkvang, og settur efst í völur towern.
• ​Straumbrotaleið: Samanstendur af 10 series-tengdu 50 kV miðal spenna einingar, sett í 2 völur towern (5 lög hvert). Q2 notar tvíparalegt IGBT hönnun til að fullnægja brotunartíma afl. Þessi leið bæri ekki straumur á normala verkun, svo ekki þurfi kjól, sem gerir mun einfaldari design.

​​(II) Prófanlegt staðfesting niðurstöður​
Upprunalegi var prófað með strikt LC svifunarkerfi (LC svifunarkerfi):

• ​Commution tími: Tíminn fyrir straumur skipt frá straumleið til straumbrotaleið var < 300 μs.
• ​Samlaðan brotunartíma: Frá að tekið opnun skipun til að straumur byrjað að falla, tók um 2.9 ms, sem fullnægja design markmiði <3 ms.
• ​Einkennilega spenna: Um 800 kV einkennilega spenna var gerð við brotunartíma, sem samsvarar MOV verndarspjald, stjórnað og öruggt.
• ​Úrfærsla: Prófanlegt staðfesti hæfileika, áhrif og frábær prestanda rettiferandann blanduðu háspenna DC straumsbrot topologíu.

​IV. Kernefni úrfærslur:

1. Rettiferandann blanduðu topologíu fyrirlestur í þessari lausn notar nýjustu hönnun með dióðubrúku til að ná tvívís straumur stýring, sem minnka IGBT notkun um um það bil 50% samanburði við heimilislega lausnir, sem býður upp á marktæk kostnaðar og öruggleika kostnaðar.
2. Intelligent fyrir-brotunartíma og soft loka stjórnunarskipanir efstu vel á mekanískri slékkju aðgerðar dýrkva og loka áhrif, sem hækkar allsherjar dynamic prestanda kerfisins.
3. Fullkominn smíðun og prófanlegt 500 kV/25 kA verktækjan upprunaleg fully staðfest engineering hæfileika og prestanda samræmi þessa tekniska aðferðar.