[发明专利]混合式直流断路器中串联多断口机械开关的均压仿真方法

说明书

本发明涉及直流电网设备保护技术，具体涉及混合式直流断路器中串联多断口机械开关的均压仿真方法，通过有限元场仿真准确计算装设均压组件后串联多断口机械开关的电压分配及分布电容参数，基于场仿真结果提取阻容电路模型，仿真获取均压组件的参数取值范围，并详细说明了各均压元件参数的确定依据，可解决目前直流串联多断口机械开关均压中仿真确定均压元件参数缺乏具体依据的问题。该方法可用于混合式高压直流断路器用串联多断口机械开关均压设计，通过路仿真进行均压设计，仿真结果可靠性强、准确性高。能显著提高各断口电压分配均压程度。成本低廉；对所使用的软件没有限制，通用程度更高。

技术领域

本发明属于直流电网设备保护技术领域，尤其涉及混合式直流断路器中串联多断口机械开关的均压仿真方法。

背景技术

柔性直流电网技术具有控制灵活、可靠性高、独立功率调节、换流站数量少等特点，为新能源并网与消纳、孤岛供电、跨区输电提供了安全高效的解决方案，是未来电网的发展方向之一。建立高压直流电网是解决跨区输电、大规模可再生能源并网等问题的有效手段。而柔性直流电网的建设，依赖于直流电网保护技术的研究。高压直流断路器则是直流电网保护的关键设备，是直流电网安全、稳定运行的必需设备。

根据直流断路器中关键开断器件的不同，可以将直流断路器分为3类：机械式直流断路器、全固态式直流断路器和混合式直流断路器。混合式高压直流断路器具有通态损耗小、关断速度高、开断能力强、无弧开断的优点，是当前高压直流断路器的研究热点。在混合式高压直流断路器中，高速机械开关与全桥固态开关模块串联构成主支路，全桥固态开关实现大电流的开断，机械开关实现关合通流及无弧开断后承担电压，

高速机械开关由隔离断口及操动机构组成。直流断路器电压等级越高，机械开关关断后承担电压越高，要求隔离断口开距越大；然而，过大的开距会增加机械开关的动作时间，使混合式高压直流断路器达到额定开距的时间增加。500kV柔性直流电网，则对直流断路器的开断能力、开断速动性提出了更严苛的要求，由于直流故障发展迅速、危害巨大，要求直流断路器的开断时间为毫秒级。因此，550kV高压快速机械开关采用六个110kV开距较小的断口串联的形式，从而减小机械开关的分合闸时间，保证电网对直流断路器的速动性要求。

但是，不同断口导体组成多导体系统，存在对地杂散电容，导致采用多个断口串联的高压直流快速机械开关各断口的电压分配极不均匀。承受较高电压的断口在开断过程中将被击穿，可能导致开断失败。机械开关承担电压包含稳态直流电压和开断过程中的动态电压，稳态直流电压分布由各断口直流电阻决定，动态电压受到阻容分布的影响。因此，必须对多断口高压直流快速机械开关进行均压设计，选择合适的均压电阻使机械开关各断口满足稳态均压要求，选择合适的均压阻容使机械开关满足暂态均压要求，最终使机械开关各隔离断口静动态电压分配均匀性满足均压系数≥90％甚至更高的要求。

现有技术大多通过试验方法选取直流断路器中串联多断口机械开关的均压组件参数，申请公布号为CN108919109A，名称为“一种多断口高压直流快速机械开关动态均压模拟试验方法”的专利，首先根据最大行程差值条件下的串联多断口机械开关仿真计算分布电容参数建立等效阻容网络，计算各断口均压阻容参数，再根据该参数选购实际元件进行现场试验，最终根据试验结果确定最佳均压阻容。该方法存在以下缺陷：①限定了仿真计算采用的软件，通用性较低；②没有明确给出仿真的实施细节及仿真计算均压阻容参数的具体选取依据，实际可实施性不强；③最终需要通过多次高压试验来确定选取的参数，试验设备成本较高，经济性较差。寻找一种更有效、更经济、可实施性更强的串联多断口机械开关均压方法，是需要进一步解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合式直流断路器中串联多断口机械开关的均压仿真方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：混合式直流断路器中串联多断口机械开关的均压仿真方法，包括以下步骤：

步骤1、建立三维模型；根据混合式直流断路器中串联多断口机械开关的实际结构尺寸和设计方案来构建三维模型；