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高压直流断路器可以分为机械式高压直流断路器(mechanicalHVDCcircuitbreaker)、固态高压直流断路器(solid-stateHVDCcircuitbreaker)与混合式高压直流断路器(hybridHVDCcircuitbreaker)。其开断短路电流的方法各有不同。
1.机械式高压直流断路器
机械式高压直流断路器利用快速机械开关来开断短路电流。
优点:运行稳定、开断故障电流能力强、通态损耗小等。
缺点:由于自身结构的制约,断开时产生的电弧易损坏触头,故障电流切除时间较长,难以满足直流系统快速分断故障电流的要求。
2.固态高压直流断路器
固态高压直流断路器的基本框图如下图所示,包含一个主开关、一个辅助开关和一组无源组件。主开关承载正常操作期间的电流;当故障发生时,辅助开关和无源组件断开电路并耗散故障能量。
优点:开断时间短;体积较小且无电弧产生。
缺点:容易过压过流、通态损耗高等。
固态高压直流断路器开断短路电流的方式可以分为两种:(1)电压换向;(2)电流换向
2.1电流换向
在电流换向方式中,将一个附加电路与电力电子开关电路并联以承载正常电流。在正常情况下,没有电流流过该并联路径。在故障状态下,该并联电路向主开关所在的主路径注入电流,以这样的方式限制流通在主路径中的故障电流,且随后将主开关关断。
2.2电压换向
在电压换向方式中,施加一反向电压以关断主开关(主开关在正常情况下导通,并提供正常电流的路径),并限制故障电流在主回路中流通。
3.混合式高压直流断路器
混合式直流断路器的基本框图如下图所示,其机械开关和固态开关并联。在正常情况下,机械开关承载主回路电流,固态开关支路没有电流流过。混合式直流断路器的接通和断开过程由功率半导体器件完成。当机械开关打开以提供电流隔离时,在下一个电流过零点关断功率半导体器件,电路能量被能量吸收装置吸收以抑制故障。
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