基于模塊化多電平換流器的柔性DC輸電技術(shù)具有無換相失敗、有功無功解耦控制、諧波畸變小、擴展性好等技術(shù)優(yōu)勢，是解決風電、光伏大規(guī)模并網(wǎng)和遠距離輸電問題的有效手段。而DC故障電流上升速度快、幅值大、無過零，而電力電子設(shè)備抗浪涌能力差，這對DC斷路器(DCCB)的動作時間和分斷能力提出了極高的要求。

        DC斷路器主要分為三類:固體DC斷路器、混合DC斷路器和機械DC斷路器。其中，機械式DC斷路器主要采用機械開關(guān)、電容器、金屬氧化物避雷器等元件，具有微損耗、成本低、體積小、易于維護等優(yōu)點，應(yīng)用前景廣闊。

        在雙碳背景下，海上風電通過柔性DC系統(tǒng)送出被認為是海上風電并網(wǎng)的主流技術(shù)路線。新的場景也對機械式DC斷路器提出了一些新的要求，尤其是海上風電變流器寶貴的出線空間，也決定了機械式DC斷路器要向輕型化、緊湊化方向發(fā)展。然而，現(xiàn)有的換向方式存在預充電系統(tǒng)耐壓高、預充電電容容量大、開斷過程預充電能量損失率高、換向時間長、小電流滅弧不穩(wěn)定等問題，成為機械式DC斷路器發(fā)展的瓶頸。

        針對上述問題，智能電網(wǎng)教育部重點實驗室(天津大學)和國家電網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院研究員、、溫、劉海金在2022年第9期《電工學報》上撰文，提出了諧振式機械直流斷路器(RM-DCCB)德力西電氣。

        研究人員通過控制晶閘管的開通時間，利用其過零自關(guān)斷特性，將能量陸續(xù)注入換流支路，產(chǎn)生幅值越來越大的諧振電流。研究了諧振式機械直流斷路器的換向特性、數(shù)學模型和參數(shù)設(shè)計方法。通過仿真驗證了諧振式機械直流斷路器分閘的可行性和參數(shù)設(shè)計的正確性。

        他們指出:1)不同機械式DC斷路器的換向過程可以描述為LC電路中電壓激勵引起的振蕩過程，其換向能力由電壓激勵和換向電路的電容、電感決定；2)通過精確控制快速晶閘管的導通時間，保證電壓激勵的頻率與換向支路的固有頻率相同，使諧振式機械直流斷路器產(chǎn)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象，實現(xiàn)不同幅值DC電流的可靠換向；3)基于雙電容結(jié)構(gòu)的換流支路中應(yīng)考慮預充電電容的壓降，以實現(xiàn)諧振式機械直流斷路器電氣參數(shù)的精確設(shè)計。

        據(jù)研究人員介紹，諧振式機械直流斷路器可以降低機械直流斷路器的換向時間、充電系統(tǒng)的耐壓要求、預充電能量、能量損失率、機械開關(guān)的滅弧壓力，促進機械直流斷路器的輕量化發(fā)展。是一種具有綜合技術(shù)優(yōu)勢的新型換向方式。

        本文編譯自《電氣技術(shù)雜志》2022年第9期。論文題目是“機械式DC斷路器的性能分析及諧振換向方法”。本項目得到了國家自然科學基金和天津市自然科學基金的資助。