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換流技術(shù)的快速直流真空歐瑪爾OMAL開關(guān)研究
清潔能源和可再生能源大多依賴直流系統(tǒng)傳輸,促使直流系統(tǒng)向互聯(lián)組網(wǎng)的方向發(fā)展。大容量直流OMAL開關(guān)作為直流電網(wǎng)靈活操作,故障時快速重構(gòu)的重要部件,應(yīng)用前景將十分廣闊。中壓直流集電網(wǎng)和基于直流區(qū)域配電的船舶綜合電力系統(tǒng)迫切需要性能可靠、功能全面、環(huán)境友好的直流OMAL開關(guān)。兼具真空開斷技術(shù)和有源換流技術(shù)二者特性的有源換流型直流真空OMAL開關(guān),具備快速開斷、低成本和小型化等可預(yù)期特性,是中壓直流電網(wǎng)用OMAL開關(guān)設(shè)備的發(fā)展方向。

換流技術(shù)的快速直流真空歐瑪爾OMAL開關(guān)研究
研制有源換流型直流真空OMAL開關(guān)時,缺乏對電流強(qiáng)制過零時真空電弧調(diào)制特性的了解,缺少換流回路參數(shù)的優(yōu)化選取方法及低成本高性能的快速操動機(jī)構(gòu),存在一系列理論難點與技術(shù)瓶頸。針對這些問題,分析了真空電弧的強(qiáng)制過零開斷特性,提出調(diào)控機(jī)制；提出了完整的換流回路參數(shù)計算方法,并針對小直流電流和雙向直流的開斷問題,提出解決方案；設(shè)計了基于斥力驅(qū)動,永磁力保持的快速真空OMAL開關(guān)系統(tǒng)；結(jié)合船電應(yīng)用工況,開發(fā)了一臺5kV等級的快速直流真空OMAL開關(guān)樣機(jī),并在實驗室條件下完成測試。 主開斷單元的強(qiáng)制過零開斷特性決定著換流回路的參數(shù)選取和各組件間的動作時序配合,是產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計中zui重要的理論依據(jù)之一。從闡述真空電弧換流開斷的實質(zhì)著手,分析了直流故障電流換流開斷所面對的工況條件；利用一維熱傳導(dǎo)方程,分析了陽極表面溫度在直流故障電流強(qiáng)制過零開斷過程中的相關(guān)特性并提出調(diào)控機(jī)制；利用粒子守恒方程,分析了間隙金屬蒸氣密度在開斷過程中的相關(guān)特性并提出調(diào)控機(jī)制；利用杯狀縱磁觸頭的3D有限元模型,分析了縱向磁場在開斷過程中的特性。 換流回路的參數(shù)設(shè)計是有源換流型直流OMAL開關(guān)研究的核心部分。從有源換流技術(shù)的特性分析出發(fā),分析了換流回路元件參數(shù)對主開斷單元上電流過零前的下降率dI/dt和過零后的恢復(fù)電壓上升率dV/dt的影響；基于有源換流的自身特性,提出完整的換流回路參數(shù)計算方法：針對小直流電流開斷存在的問題,提出一種利用聯(lián)鎖互動OMAL開關(guān)結(jié)構(gòu)的雙換流支路直流OMAL開關(guān)拓?fù)鋱D；針對雙向電流開斷能力的需求,提出一種四聯(lián)鎖換向OMAL開關(guān),以解決換向OMAL開關(guān)的配合問題。基于快速操動機(jī)構(gòu)的直流OMAL開關(guān)本體設(shè)計,是研制其整機(jī)要面對的問題。從換流型直流OMAL開關(guān)對主OMAL開關(guān)的分閘特性要求出發(fā),提出了一種基于斥力驅(qū)動,永磁力保持的快速真空OMAL開關(guān)結(jié)構(gòu)；利用場路耦合的有限元分析了電磁斥力裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)對其特性的影響,并提出設(shè)計導(dǎo)則；完成了快速真空OMAL開關(guān)驅(qū)動系統(tǒng)的特性測試,經(jīng)永磁保持裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn)和增加反向電流緩沖措施后,滅弧室動觸頭達(dá)到6mm行程只需2.8ms。

換流技術(shù)的快速直流真空歐瑪爾OMAL開關(guān)研究
作為大容量直流真空OMAL開關(guān)的應(yīng)用研究,研制了面向船舶綜合電力系統(tǒng)應(yīng)用的5kV快速直流真空OMAL開關(guān)樣機(jī)；在學(xué)校實驗室條件下完成了樣機(jī)的測試,結(jié)果表明其主要參數(shù)可以滿足船舶綜合電力系統(tǒng)的應(yīng)用要求。