【硕士论文】环形直流微电网线路故障分析与直流固态断路器研究

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1、环形直流微电网线路故障分析与直流固态断路器研究LineFault Analysis and Studyof DC Solid-state CircuitBreakerinLoop-typeDCMicrogrid：电气工程：直流微电网二〇一五年五月VII摘要随着全球经济的发展，能源需求快速增长，尤其是对电力的需求更加凸显，环境问题也日益严重。在能源需求和环境保护的双重压力下，分布式发电受到了广泛的关注。为了最大限度地发掘分布式发电的价值，微电网的概念应运而生。直流微电网具有控制简单、变换环节少和线路带载能

2、力强的优势。本文基于低压环状直流微电网，对其直流线路短路故障和直流固态断路器进行分析和研究，为推广直流微电网的工程应用提供技术支持。论文首先对微电网的拓扑结构、各端口组成部分和直流线路等效模型进行了阐述，基于三端低压环形直流微电网，详细地分析了线路发生最严酷短路故障时，直流母线上故障电流的特性，总结了直流微电网系统故障与保护的特殊性，基于分析结果提出了直流微电网对直流固态断路器的需求。其次，论文以电压等级为±200V，容量为4kW的环网直流微电网为例，对现有直流固态断路器技术路线进行了对比分析，展开对带

3、传统RCD缓冲电路的直流固态断路器的研究。针对充放电型、放电阻止Ⅰ和Ⅱ型RCD缓冲电路从固态断路器瞬时过电压及其达到稳态的时间、线路故障电流峰值及其能量转移的快慢和缓冲电容电流电压峰值三方面，对极间短路情况下缓冲电容充电和放电过程进行了详细分析，在相同参数条件下以放电阻止Ⅰ型RCD缓冲电路性能最优，同时给出了缓冲电容、缓冲电阻和二极管的设计方法。仿真结果证明了理论分析的正确性和缓冲方案的可行性。最后，从带传统RCD缓冲电路的直流固态断路器的局限性出发，借鉴从过电压保护中分离出能量吸收的思想，对传统直流固

4、态断路器进行拓扑改进，通过引入续流二极管将故障电流旁路，从而实现了断路器的安全快速关断。在Matlab/Simulink中搭建模型进行仿真验证，将所搭建的直流固态断路器应用于三端环形直流微电网，成功切除故障线路并且避免了微电网因为故障而崩溃，仿真结果证明了该直流固态断路器在环网中的有效性和可行性。关键词：直流微电网；固态断路器；缓冲电路；续流二极管；故障分析VIIVIIAbstractWiththedevelopmentofglobaleconomy,therapidgrowthofenergydema

5、nd,especiallyforelectricpowerdemandismoreprominent,environmentproblemisincreasinglyserious.Underthedoublepressureofenergydemandandenvironmentalprotection,distributedgenerationhasbeenwidespreadconcern.Inordertomaximizethevalueofdistributedgeneration,theco

6、nceptofmicrogridemerges.DCmicrogridhasadvantagesofsimplecontrol,lowconversionlossandbetterloadcapability.Basedonlowvoltageloop-typedcmicrogrid,thedclinefaultanddcsolid-statecircuitbreakerareanalyzedinthisdissertation,itwillprovidetechnicalsupporttopromot

7、etheengineeringapplicationofdcmicrogrid.Firstly,thetopologyofmicrogrid,eachportcomponentsandtheequivalentcircuitmodelofdclinearedescribedinthisdissertation.Basedonthestructureoffourterminallow-voltageloop-typedcmicrogrid,thecharacteristicsofthefaultcurre

8、ntonthedcbusareanalyzedindetailwhenthemostseverefaultoccurindcline.Theparticularitybetweenfaultandprotectionindcmicrogridhasbeensummarized.Demandfordcsolid-statecircuitbreakerhasbeenproposedbasedontheresultsoftheanalysis.S