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高压光伏直流断路器的分类及其相关简述 发布时间:2018-06-26 14:53:00来源:上海华坤电器有限公司

高压光伏直流断路器大体可以分为三大类:

一、基于机械开关(常规机械断路器)的机械式直流断路器;

二、基于电力电子器件的全固态直流断路器;

三、整合以上两种优点的混合式直流断路器。

下面分别简单介绍下以上三种直流断路器的相关原理:

一、机械式直流断路器:

在高压大电流应用场合,用常规的机械式交流断路器,是无法通过增大电弧电压、分段串接限流电阻或控制磁场气体发电断流等方法实现强迫直流开断熄弧,来达到灭弧效果的。必须对常规机械式交流断路器结构做适当改造,并增加能够在开断直流电流过程中自动形成高频振荡电流过零点的振荡换流回路, 以解决机械开关切断高压大直流电流时的灭弧问题。振荡换流熄弧的机械式直流断路器基本结构:机械开关、振荡换流回路以及能量吸收与过压放电回路等部分构成。

机械式直流断路器具有运行稳定、带载能力强、通态损耗小等优点,但其触头易被开断电弧损坏,开断能力有限,且故障电流切除时间较长,易造成事故扩大化,破坏系统稳定性。机械式直流断路器因其自身结构的制约,难以实现灵活控制与快速切断短路电流,所以不适宜在高压环境下使用。

二、固态光伏直流断路器:

固态光伏直流断路器是指以晶闸管(SCR)作为开关元件的断路器,用电力电子器件来实现对电流的通、断控制。根据电力电子器件类型的不同,固态断路器分为两类:

1、半控型固态直流断路器:

半控型器件主要以功率晶闸管(SCR)为代表,具有容量大、通态压降小、损耗低、价格低等优点。其工作原理、拓扑结构简单,且控制策略容易操作,可靠性高,应用广泛。  

2、全控型固态直流断路器: 

由于 GTO、 IGBT、 IGCT、 ETO等全控型电力电子器件通、断均可控,因此基于其的固态直流断路器无需附加振荡换流回路,从而可实现快速关断,减少关断时间,降低切断故障电流值。 

三、混合式直流断路器:

混合式直流断路器是一种基于真空断路器和固态开关构成的混合式直流断路器,综合了机械开关良好的静态特性与电力电子器件良好的动态性能。混合式断路器可分为自然换流关断型与强制换流关断型两种: 

自然换流关断型混合式直流断路器:

固态开关部分一般由 GTO、IGBT、IGCT等全控型电力电子器件构成,其分断基本原理如下:利用机械开关分断时产生的电弧电压,为固态开关(已施加触发脉冲) 建立阳极正向电压,使其顺利导通;固态开关导通后,由于开关触点间电弧电阻大于固态开关导通电阻, 使得电流能够自然地从机械开关换流至固态开关,从而保证机械开关在低压小电流下顺利分断;机械开关分断后立即关断固态开关,从而切断电流通路。采用自然换流关断的混合式直流断路器, 其开断电流能力及工作电压等级取决于电力电子器件。 由于目前IGBT 等全控型电力电子器件单管额定电压、 电流均有限,在高压、大电流应用场合下,解决多管串、并联等一系列技术问题难度较大,因此这种类型的直流断路器多用于容量较小的场合。 

强制换流关断型混合式直流断路器:

换流关断原理类似于机械式直流断路器,即也采用电感检测电路驱动与控制电路机械开关部分固态开关部分缓冲、吸收、放电回路。

混合式直流断路器综合了机械式断路器与固态断路器的优点, 具有通态损耗小、 开断快速可控、 无弧(微弧) 无响声、 开关寿命长、 可靠性高、 无需专用冷却设备等优点, 是目前高压直流断路器研发的主要方向。


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