Till innehåll på sidan

Enhanced Active Resonant DC Circuit Breakers for HVDC Grids

Tid: On 2021-05-19 kl 10.00

Plats: zoom link for online defense (English)

Ämnesområde: Elektro- och systemteknik

Respondent: Tim Augustin , Elkraftteknik, Power Electronics

Opponent: Professor Jürgen Biela, ETH Zürich

Handledare: Professor Hans-Peter Nee, Elkraftteknik; Associate Professor Marley Becerra, Elektroteknisk teori och konstruktion, ABB Corporate Research, Västerås

Exportera till kalender

Abstract

Högspända likströmsnät (HVDC-nät) anses vara ett lovande alternativ för att möjliggöra integrationen av förnybara energikällor i den existerande elnäts-infrastrukturen. Kortslutningsströmmar i likströmsnät ökar mycket snabbt i storlek och dessutom har dessa strömmaringen nollgenomgång. Därför kräver HVDC-nät komplexa likströmsbrytaresom kan bryta strömmen snabbare än växelströmsbrytare för att skydda mot kortslutningar i nätet. Som ett resultat av ökad komplexitet erbjuder likströmsbrytare utökad funktionalitet. De flesta likströmsbrytare kan kategoriseras antingen som ströminjektionsbrytare eller hybridbrytare. Hybridbrytare erbjuder ytterligare funktionalitet jämfört med ströminjektionsbrytare. Emellertid är kostnaden för effekthalvledarkomponenterna i hybridbrytare hög. En lösning som i olika avseenden är ett mellanting mellan de två nämnda typerna av likströmsbrytare är sk enhanced active resonant (EAR) brytare. Dessa har samma funktion som hybridbrytare, men använder samma brytmekanism som ströminjektionsbrytare. Huvudkomponenten i en EAR-brytare är ett triggat gnistgap, som är enkelt, robust och är tillgängligt för både hög ström och hög spänning.

Som alla likströmsbrytare för HVDC behöver även EAR-brytare en snabb mekanisk switch. En Thomsonspole-aktuator (TCA) med aktiv dämpning används för att snabbt öppna och stänga den mekaniska switchen. Aktiv dämpning är komplex att realisera och måste finjusteras för att TCA:n ska fungera som avsett. En ny TCA-drivare demonstreras. Denna återanvänder energin som krävs för att manövrera TCA:n samtidigt som TCA-systemet kan förenklas. De experimentella resultaten demonstrerar sekvenserna öppna/stänga samt öppna/stänga/-öppna för TCA:n. En omfattande experimentell studie av likströmsbrytning och andra funktioner för EAR-brytaren utförs mha en specialutvecklad testkrets. Testresultaten visar att EAR-brytarprototypen kan bryta strömmar upp till 1200 A, avsluta proaktiv kommutering och återinkoppla. Studierna av det triggade gnistgapet visar att minimispänningen inte är en avsevärd begränsning och att urladdningen kan bli instabil efter kommutering med låg ström. En alternativ kommuteringsmetod möjliggör EAR-brytare med färre komponenter att fungera vid alla strömnivåer.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-293456