天津大学研究人员提出了一种新的机械式直流断路器设计方案

        基于模块化多电平换流器的柔性DC输电技术具有无换相失败、有功无功解耦控制、谐波畸变小、扩展性好等技术优势，是解决风电、光伏大规模并网和远距离输电问题的有效手段。而DC故障电流上升速度快、幅值大、无过零，而电力电子设备抗浪涌能力差，这对DC断路器(DCCB)的动作时间和分断能力提出了极高的要求。

        DC断路器主要分为三类:固体DC断路器、混合DC断路器和机械DC断路器。其中，机械式DC断路器主要采用机械开关、电容器、金属氧化物避雷器等元件，具有微损耗、成本低、体积小、易于维护等优点，应用前景广阔。

        在双碳背景下，海上风电通过柔性DC系统送出被认为是海上风电并网的主流技术路线。新的场景也对机械式DC断路器提出了一些新的要求，尤其是海上风电变流器宝贵的出线空间，也决定了机械式DC断路器要向轻型化、紧凑化方向发展。然而，现有的换向方式存在预充电系统耐压高、预充电电容容量大、开断过程预充电能量损失率高、换向时间长、小电流灭弧不稳定等问题，成为机械式DC断路器发展的瓶颈。

        针对上述问题，智能电网教育部重点实验室(天津大学)和国家电网山西省电力公司电力科学研究院研究员、、温、刘海金在2022年第9期《电工学报》上撰文，提出了谐振式机械直流断路器(RM-DCCB)德力西电气。

        研究人员通过控制晶闸管的开通时间，利用其过零自关断特性，将能量陆续注入换流支路，产生幅值越来越大的谐振电流。研究了谐振式机械直流断路器的换向特性、数学模型和参数设计方法。通过仿真验证了谐振式机械直流断路器分闸的可行性和参数设计的正确性。

        他们指出:1)不同机械式DC断路器的换向过程可以描述为LC电路中电压激励引起的振荡过程，其换向能力由电压激励和换向电路的电容、电感决定；2)通过精确控制快速晶闸管的导通时间，保证电压激励的频率与换向支路的固有频率相同，使谐振式机械直流断路器产生串联谐振现象，实现不同幅值DC电流的可靠换向；3)基于双电容结构的换流支路中应考虑预充电电容的压降，以实现谐振式机械直流断路器电气参数的精确设计。

        据研究人员介绍，谐振式机械直流断路器可以降低机械直流断路器的换向时间、充电系统的耐压要求、预充电能量、能量损失率、机械开关的灭弧压力，促进机械直流断路器的轻量化发展。是一种具有综合技术优势的新型换向方式。

        本文编译自《电气技术杂志》2022年第9期。论文题目是“机械式DC断路器的性能分析及谐振换向方法”。本项目得到了国家自然科学基金和天津市自然科学基金的资助。