考虑母线故障的低通流损耗多端口整流型混合式直流断路器

石巍; 陈羽; 孙超; 王文杰; 谢晔源; 方太勋

doi:10.7500/AEPS20211018001

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考虑母线故障的低通流损耗多端口整流型混合式直流断路器

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 考虑母线故障的低通流损耗多端口整流型混合式直流断路器
- Multi-port Commutation-based Hybrid DC Circuit Breaker with Low Conduction Loss Considering Bus Fault
- 电力系统自动化 2022年46卷第14期页码：140-149
- 作者机构：
  
  南京南瑞继保电气有限公司，江苏省南京市 211102
- 作者简介：
  
  石巍(1987—)，男，通信作者，硕士，高级工程师，主要研究方向：高压大功率电力电子技术。E-mail：shiwei2@nrec.com
  陈羽(1989—)，男，硕士，工程师，主要研究方向：高压大功率电力电子技术。E-mail：chenyu1@ nrec.com
  孙超(1993—)，男，硕士，工程师，主要研究方向：高压大功率电力电子技术。E-mail：sunchao3@nrec.com
- 基金信息：
  
  国家电网有限公司总部科技项目(5500-202114117A-0-0-00)
- DOI：10.7500/AEPS20211018001
  中图分类号：
- 收稿日期：2021-10-18，
  
  修回日期：2022-01-18，
  
  网络出版日期：2022-05-18，
  
  纸质出版日期：2022-07-25
- 稿件说明：
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石巍,陈羽,孙超等.考虑母线故障的低通流损耗多端口整流型混合式直流断路器[J].电力系统自动化,2022,46(14):140-149.

SHI Wei,CHEN Yu,SUN Chao,et al.Multi-port Commutation-based Hybrid DC Circuit Breaker with Low Conduction Loss Considering Bus Fault[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(14):140-149.
石巍,陈羽,孙超等.考虑母线故障的低通流损耗多端口整流型混合式直流断路器[J].电力系统自动化,2022,46(14):140-149. DOI： 10.7500/AEPS20211018001.

SHI Wei,CHEN Yu,SUN Chao,et al.Multi-port Commutation-based Hybrid DC Circuit Breaker with Low Conduction Loss Considering Bus Fault[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(14):140-149. DOI： 10.7500/AEPS20211018001.

摘要

混合式直流断路器是当前柔性直流电网最为理想的故障隔离方式，但是投资成本高限制了其大范围的应用。为了降低混合式直流断路器的成本，提出了一种多端口整流型混合式直流断路器拓扑，选择开关采用简单可靠的二极管桥式整流结构，负载转移开关和主断开关采用单向开断子模块，并通过电流转移控制策略的优化，使得直流断路器具备电流双向开断、设备成本低和通流损耗低等优点；同时，增加了一条母线保护支路，实现了直流母线故障隔离和公共母线故障保护。文中首先详细介绍了所提拓扑在不同故障工况下的工作原理以及内部组件的动作策略；然后，与现有拓扑进行了经济性和电气性能的对比分析，突出所提拓扑的优越性；最后，设计并搭建了一台三端口整流型混合式直流断路器样机及其试验系统，通过试验验证了所提拓扑的有效性和可行性。

Abstract

The hybrid DC circuit breaker is the most ideal fault isolation method in the existing flexible DC power grids

but its wide application is limited by high investment cost. To reduce the cost of the hybrid DC circuit breaker

a multi-port commutation-based hybrid DC circuit breaker topology is proposed. A simple and reliable diode-bridge structure is used for the selecting branch

and a unidirectional breaking module is adopted for the load transfer switch and the main breaking switch. Through the optimization of the current transfer control strategy

the DC circuit breaker has the advantages of bidirectional current breaking capability

low equipment cost and low conduction current loss. In addition

a bus protection branch is added to realize DC bus fault isolation and common bus fault protection. In this paper

the working principle of the proposed topology under different fault conditions and the operation strategy of its internal components are introduced in detail. Then

the advantages of the proposed topology are highlighted by the economic and technical comparison with the existing topologies. Finally

a prototype for the three-port commutation-based hybrid DC circuit breaker and the corresponding test system are designed and built

and the validity and feasibility of the proposed topology are verified through experiments.

关键词

Keywords

references

严胜，罗湘，贺之渊 . 直流电网核心装备及关键技术展望［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 3 ）： 205 - 215 .

YAN Sheng ， LUO Xiang ， HE Zhiyuan . Prospect of core equipment and key technology for DC power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 3 ）： 205 - 215 .

姚良忠，吴婧，王志冰，等 . 未来高压直流电网发展形态分析［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 34 ）： 6007 - 6020 .

YAO Liangzhong ， WU Jing ， WANG Zhibing ， et al . Pattern analysis of future HVDC grid development ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 34 ）： 6007 - 6020 .

邵冰冰，赵书强，高本锋，等 . 连接弱交流电网的VSC-HVDC失稳机理及判据研究［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 18 ）： 3884 - 3896 .

SHAO Bingbing ， ZHAO Shuqiang ， GAO Benfeng ， et al . Instability mechanism and criterion analysis of VSC-HVDC connected to the weak AC power grid ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 18 ）： 3884 - 3896 .

LI B ， HE J W ， LI Y ， et al . A review of the protection for the multi-terminal VSC-HVDC grid ［J］. Protection and Control of Modern Power Systems ， 2019 ， 4 （ 3 ）： 239 - 249 .

洪潮，郭彦勋，李海锋，等 . 适用于直流电网的新型机械式直流断路器［J］. 高电压技术， 2019 ， 45 （ 8 ）： 2403 - 2409 .

HONG Chao ， GUO Yanxun ， LI Haifeng ， et al . Novel mechanical DC circuit breaker suitable for DC grids ［J］. High Voltage Engineering ， 2019 ， 45 （ 8 ）： 2403 - 2409 .

LIU S Y ， LIU Z ， DE JESUS CHAVEZ J ， et al . Mechanical DC circuit breaker model for real time simulations ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2019 ， 107 ： 110 - 119 .

张祖安，黎小林，陈名，等 . 160 kV超快速机械式高压直流断路器的研制［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 7 ）： 2331 - 2338 .

ZHANG Zuan ， LI Xiaolin ， CHEN Ming ， et al . Research and development of 160 kV ultra-fast mechanical HVDC circuit breaker ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 7 ）： 2331 - 2338 .

张猛，赵杨，王国金，等 . 535 kV耦合负压式直流断路器短路电流开断试验研究［J］. 高电压技术， 2019 ， 45 （ 8 ）： 2451 - 2458 .

ZHANG Meng ， ZHAO Yang ， WANG Guojin ， et al . Research on short-circuit current breaking test of 535 kV DC circuit breakers based on coupled negative voltage commutation ［J］. High Voltage Engineering ， 2019 ， 45 （ 8 ）： 2451 - 2458 .

胡徐铭，王丰华，周荔丹，等 . 基于可控硅串联技术的新型固态高压直流断路器［J］. 电测与仪表， 2018 ， 55 （ 5 ）： 88 - 94 .

HU Xuming ， WANG Fenghua ， ZHOU Lidan ， et al . A new solid-state high voltage direct current circuit breaker with series-connected SCR technology ［J］. Electrical Measurement & Instrumentation ， 2018 ， 55 （ 5 ）： 88 - 94 .

LIU W J ， LIU F ， ZHA X M ， et al . An improved SSCB combining fault interruption and fault location functions for DC line short-circuit fault protection ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2019 ， 34 （ 3 ）： 858 - 868 .

HÄFNER J ， JACOBSON B . Proactive hybrid HVDC breakers — a key innovation for reliable HVDC grids ［C］// CIGRE ， September 13 - 15 ， Bologna， Italy.

沙彦超，蔡巍，胡应宏，等 . 混合式高压直流断路器研究现状综述［J］. 高压电器， 2019 ， 55 （ 9 ）： 64 - 70 .

SHA Yanchao ， CAI Wei ， HU Yinghong ， et al . Review of research status of hybrid HVDC circuit breakers ［J］. High Voltage Apparatus ， 2019 ， 55 （ 9 ）： 64 - 70 .

石巍，曹冬明，杨兵，等 . 500 kV整流型混合式高压直流断路器［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 7 ）： 102 - 107 .

SHI Wei ， CAO Dongming ， YANG Bing ， et al . 500 kV commutation-based hybrid HVDC circuit breaker ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 7 ）： 102 - 107 .

魏晓光，杨兵建，贺之渊，等 . 级联全桥型直流断路器控制策略及其动态模拟试验［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 1 ）： 129 - 135 .

WEI Xiaoguang ， YANG Bingjian ， HE Zhiyuan ， et al . Control strategy and physical dynamic simulation of cascaded full-bridge DC circuit breaker ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 1 ）： 129 - 135 .

张烁，邹贵彬，魏秀燕，等 . 多端口直流断路器研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 13 ）： 4502 - 4516 .

ZHANG Shuo ， ZOU Guibin ， WEI Xiuyan ， et al . A review of research on multi-port DC circuit breaker ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 13 ）： 4502 - 4516 .

温伟杰，李鹏宇，李斌，等 . 多端口机械式直流断路器的动作策略与参数优化［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 11 ）： 86 - 94 .

WEN Weijie ， LI Pengyu ， LI Bin ， et al . Operation strategy and parameter optimization of multi-port mechanical DC circuit breaker ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 11 ）： 86 - 94 .

宋冰倩，赵西贝，赵成勇，等 . 新型多端口直流断路器及其在直流电网保护中的应用［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 1 ）： 160 - 167 .

SONG Bingqian ， ZHAO Xibei ， ZHAO Chengyong ， et al . A novel multi-port DC circuit breaker and its application in protection of DC power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 1 ）： 160 - 167 .

HE J H ， LUO Y P ， LI M ， et al . A high-performance and economical multiport hybrid direct current circuit breaker ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2020 ， 67 （ 10 ）： 8921 - 8930 .

LIU W J ， LIU F ， ZHUANG Y Z ， et al . A multiport circuit breaker-based multiterminal DC system fault protection ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2019 ， 7 （ 1 ）： 118 - 128 .

WANG S ， UGALDE-LOO C E ， LI C Y ， et al . Bridge-type integrated hybrid DC circuit breakers ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2020 ， 8 （ 2 ）： 1134 - 1151 .

ZHANG S ， ZOU G B ， WEI X Y ， et al . Diode-bridge multiport hybrid DC circuit breaker for multiterminal DC grids ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2021 ， 68 （ 1 ）： 270 - 281 .

郭铭群，梅念，李探，等 . ±500 kV张北柔性直流电网工程系统设计［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 10 ）： 4194 - 4204 .

GUO Mingqun ， MEI Nian ， LI Tan ， et al . System design of ±500 kV Zhangbei VSC-based DC grid project ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 10 ）： 4194 - 4204 .

XIAO H Q ， XU Z ， XIAO L ， et al . Components sharing based integrated HVDC circuit breaker for meshed HVDC grids ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 4 ）： 1856 - 1866 .

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