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換流技術的快速直流真空歐瑪爾OMAL開關研究
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開關作為直流電網(wǎng)靈活操作,故障時快速重構的重要部件,應用前景將十分廣闊。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。兼具真空開斷技術和有源換流技術二者特性的有源換流型直流真空OMAL開關,具備快速開斷、低成本和小型化等可預期特性,是中壓直流電網(wǎng)用OMAL開關設備的發(fā)展方向。

換流技術的快速直流真空歐瑪爾OMAL開關研究
研制有源換流型直流真空OMAL開關時,缺乏對電流強制過零時真空電弧調制特性的了解,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構,存在一系列理論難點與技術瓶頸。針對這些問題,分析了真空電弧的強制過零開斷特性,提出調控機制；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；設計了基于斥力驅動,永磁力保持的快速真空OMAL開關系統(tǒng)；結合船電應用工況,開發(fā)了一臺5kV等級的快速直流真空OMAL開關樣機,并在實驗室條件下完成測試。 主開斷單元的強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,是產品研發(fā)設計中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；利用一維熱傳導方程,分析了陽極表面溫度在直流故障電流強制過零開斷過程中的相關特性并提出調控機制；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特性并提出調控機制；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)設計是有源換流型直流OMAL開關研究的核心部分。從有源換流技術的特性分析出發(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開關結構的雙換流支路直流OMAL開關拓撲圖；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,以解決換向OMAL開關的配合問題。基于快速操動機構的直流OMAL開關本體設計,是研制其整機要面對的問題。從換流型直流OMAL開關對主OMAL開關的分閘特性要求出發(fā),提出了一種基于斥力驅動,永磁力保持的快速真空OMAL開關結構；利用場路耦合的有限元分析了電磁斥力裝置結構參數(shù)對其特性的影響,并提出設計導則；完成了快速真空OMAL開關驅動系統(tǒng)的特性測試,經(jīng)永磁保持裝置結構改進和增加反向電流緩沖措施后,滅弧室動觸頭達到6mm行程只需2.8ms。

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