[发明专利]一种高压直流断路器仿真方法

说明书

本发明涉及一种高压直流断路器仿真方法，属于直流输电技术领域。该仿真方法，包括以下步骤：将直流断路器的转移支路上各功率模块均等效为依次串联的分电压源、等效电阻和分杂散电感；根据转移支路上串联的功率模块个数N将转移支路等效为串联的总电压源和总杂散电感，其中，总电压源为N个分电压源与N个等效电阻的电压之和，总杂散电感为N个分杂散电感之和。本发明最终将转移支路上的所有功率模块等效为串联的总电压源和总杂散电感，等效电路简单，在不降低仿真速率的前提下准确的描述高压直流断路器的分断过程，提高断路器仿真的准确度。

技术领域

本发明涉及一种高压直流断路器仿真方法，属于直流输电技术领域。

背景技术

直流断路器作为保证柔性直流系统可靠运行的关键设备，目前技术较为成熟的拓扑结构有三种：基于快速机械开关的机械式直流断路器、基于电力电子器件的全固态断路器和混合式直流断路器。机械式断路器开断时间长，全固态断路器通态损耗大、成本高，结合两者特点的混合式直流断路器成为高压直流输电领域的主流。

如图1所示，混合式直流断路器一般包括主支路、转移支路和耗能支路三条通流直流。主支路由一组串联的快速机械开关和若干个串并联的功率模块构成，转移支路由大量功率模块串联构成，耗能支路则为避雷器或者非线性电阻。功率模块一般为开关器件(如IGBT、晶闸管、二极管等)或者特定的开关管拓扑(如全桥、半桥等)。

目前的直流断路器建模方法主要有以下两种技术路线。第一种方法，将柔性直流电网中的直流断路器等效成一个具备功能的断路器，即当断路器收到分断指令后，延时一段时间(与断路器分断时间有关)后进行分断。该建模方法不能有效模拟断路器的分断过程，且内部电子器件的电磁暂态特性无法描述。第二种方法，依据断路器拓扑结构搭建详细的断路器仿真模型。该方法能够准确描述断路器的分断过程和内部电子器件的暂态特性，但是由于建模包含了大量的电力电子器件，极大的影响柔直电网系统的仿真效率。

为此，申请公布号为CN 109687412 A的中国发明专利申请文件公开了一种直流断路器仿真方法及装置，该仿真方法用一个二极管全桥模块模拟转移支路的所有IGBT全桥子模块(二极管全桥模块的四个桥臂均由一个二极管构成)，该方法可降低其在实时仿真中的计算量，提高仿真速度。然而，断路器在分断过程中，电压与电流交互过程短，杂散参数在该过程中产生极大的di/dt，在转移支路功率模块中的电容上会产生更高的电压，严重将导致功率模块击穿，因此在产品研制过程中将严格限制杂散参数的大小。该申请文件中的仿真方法并不能准确描述设备杂散参数对分断过程的影响，不能反映分断过程的单个子模块内部器件的电气应力，进而在断路器实际产品设计时，无法指导实际产品的设计与改进，导致该仿真方法准确度低。此外，杂散参数会影响换流时间，而换流时间是考核高压直流断路器产品技术水平的一项重要指标，该方法也无法描述杂散参数对换流时间的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压直流断路器仿真方法，用以解决目前现有仿真方法准确度低的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种高压直流断路器仿真方法，包括以下步骤：

将直流断路器的转移支路上各功率模块均等效为依次串联的分电压源、等效电阻和分杂散电感；

根据转移支路上串联的功率模块个数N将转移支路等效为串联的总电压源和总杂散电感，其中，总电压源为N个分电压源与N个等效电阻的电压之和，总杂散电感为N个分杂散电感之和。

有益效果是：本发明在断路器建模仿真过程中将采用的等效模型中加入杂散参数，并将杂散参数等效为杂散电感，最终将转移支路上的所有功率模块等效为串联的总电压源和总杂散电感，等效电路简单，在不降低仿真速率的前提下准确的描述高压直流断路器的分断过程，提高断路器仿真的准确度，还可以指导实际产品的设计与改进。同时本发明还能够准确的描述杂散电感对换流时间的影响，可以进一步的模拟断路器的产品技术水平，进一步的指导产品的设计。