真空斷路器的瞬態(tài)響應在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的影響，分析了斷路器操作產(chǎn)生的動態(tài)響應對高壓變壓器造成的損害，并對LC 濾波模塊在真空斷路器操作時產(chǎn)生的過電壓、重燃等動態(tài)特性的抑制作用進行了測試與討論。 真空斷路器在大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)中有著重要應用。

近年來，隨著人民生活與工業(yè)生產(chǎn)對綠色能源的迫切需求，光伏發(fā)電技術(shù)得以快速發(fā)展。在過去的15 年間光伏市場規(guī)模以指數(shù)形式迅速擴大。其發(fā)電形式也從小型私人化發(fā)電設備向大型光伏發(fā)電系統(tǒng)進化，有些地區(qū)甚至已經(jīng)實現(xiàn)500 千瓦以上規(guī)模的大型光伏發(fā)電中心。在光伏發(fā)電過程中，由半導體材料轉(zhuǎn)化太陽能得到的直流電力需要先經(jīng)由DC/AC 逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，之后還需要通過升壓變壓器將其提升至電網(wǎng)輸電所需的電壓級別才能將電力輸送至傳統(tǒng)電力網(wǎng)絡。在這類高壓電力系統(tǒng)中，電路的關斷操作通常由真空斷路器完成。

然而，在某些電網(wǎng)條件下，真空斷路器關斷時產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓會對電網(wǎng)中的變壓器產(chǎn)生致命影響，導致其使用壽命降低，生產(chǎn)效率下降，甚至可能造成嚴重的安全事故。真空斷路器的瞬態(tài)過電壓已有大量文獻對此進行分析與研究，不過大部分是針對電弧爐等生產(chǎn)設備進行的。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)通常利用LC 濾波模塊對輸出電壓進行整流，而此模塊也多用于抑制電路內(nèi)的瞬態(tài)響應，因此LC 濾波模塊對于控制真空斷路器的瞬態(tài)過電壓是否有著積影響對于研究光伏系統(tǒng)內(nèi)的斷路器瞬態(tài)響應有著重要意義。本文旨在研究真空斷路器的瞬態(tài)響應在光伏發(fā)電系統(tǒng)中造成的影響，以12kV/1250A 規(guī)格的真空斷路器為例進行測試，并重點關注光伏器件中的LC 濾波機構(gòu)在抑制瞬態(tài)響應中的作用。

光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

本文在研究時采用的光伏發(fā)電系統(tǒng)等效框圖如圖1 所示。其中太陽能電池板用于將太陽輻射的能量轉(zhuǎn)化為直流電勢，其具體參數(shù)及非線性特性等由生產(chǎn)商提供。直流電勢須經(jīng)由DC/DC升壓模塊以及DC/AC 逆變器轉(zhuǎn)換為合適的交流電力輸送給電氣網(wǎng)絡。圖中的LC 濾波器主要作用是用于限制逆變器得到的交流電中的諧波失真等非線性干擾。

真空斷路器利用真空作為滅弧介質(zhì)以及滅弧后觸頭間的絕緣介質(zhì)，得益于其高真空環(huán)境，觸頭間的介電常數(shù)是標準大氣壓下的十倍以上，因此其電流截斷能力也遠強于普通斷路器。然而正因其較強的電流截斷能力，真空斷路器在操作時易產(chǎn)生較高的過電壓，當電路中存在電機、變壓器、電抗器等高電感元件時，容易在這些元件兩端形成瞬態(tài)高壓，損壞電路。

瞬態(tài)響應測試：

本文在對真空斷路器的瞬態(tài)響應進行測試時，利用了一臺250kVA 的配電變壓器對光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器輸出部分進行模擬，該配電變壓器工作在0.1kV，獲得6kV 電壓后，經(jīng)由真空斷路器串聯(lián)至20kVA 變壓器。真空斷路器采用12kV/1250A 規(guī)格，彈簧運動機構(gòu)。