真空斷路器在大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)中有著重要應(yīng)用，本文簡要闡述了真空斷路器的瞬態(tài)響應(yīng)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(dòng)態(tài)響應(yīng)對(duì)高壓變壓器造成的損害，并對(duì)LC 濾波模塊在真空斷路器操作時(shí)產(chǎn)生的過電壓、重燃等動(dòng)態(tài)特性的抑制作用進(jìn)行了測試與討論。

　　近年來，隨著人民生活與工業(yè)生產(chǎn)對(duì)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(kuò)大。其發(fā)電形式也從小型私人化發(fā)電設(shè)備向大型光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)化，有些地區(qū)甚至已經(jīng)實(shí)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(dǎo)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(jí)別才能將電力輸送至傳統(tǒng)電力網(wǎng)絡(luò)。在這類高壓電力系統(tǒng)中，電路的關(guān)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(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓會(huì)對(duì)電網(wǎng)中的變壓器產(chǎn)生致命影響，導(dǎo)致其使用壽命降低，生產(chǎn)效率下降，甚至可能造成嚴(yán)重的安全事故。真空斷路器的瞬態(tài)過電壓已有大量文獻(xiàn)對(duì)此進(jìn)行分析與研究，不過大部分是針對(duì)電弧爐等生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行的。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)通常利用LC 濾波模塊對(duì)輸出電壓進(jìn)行整流，而此模塊也多用于抑制電路內(nèi)的瞬態(tài)響應(yīng)，因此LC 濾波模塊對(duì)于控制真空斷路器的瞬態(tài)過電壓是否有著積極影響對(duì)于研究光伏系統(tǒng)內(nèi)的斷路器瞬態(tài)響應(yīng)有著重要意義。本文旨在研究真空斷路器的瞬態(tài)響應(yīng)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(jìn)行測試，并重點(diǎn)關(guān)注光伏器件中的LC 濾波機(jī)構(gòu)在抑制瞬態(tài)響應(yīng)中的作用。

1、光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　本文在研究時(shí)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(luò)。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(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的十倍以上，因此其電流截?cái)嗄芰σ策h(yuǎn)強(qiáng)于普通斷路器。然而正因其較強(qiáng)的電流截?cái)嗄芰�，真空斷路器在操作時(shí)易產(chǎn)生較高的過電壓，當(dāng)電路中存在電機(jī)、變壓器、電抗器等高電感元件時(shí)，容易在這些元件兩端形成瞬態(tài)高壓，損壞電路。

圖1 光伏發(fā)電系統(tǒng)框圖

2、瞬態(tài)響應(yīng)測試

　　本文在對(duì)真空斷路器的瞬態(tài)響應(yīng)進(jìn)行測試時(shí)，利用了一臺(tái)250kVA 的配電變壓器對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器輸出部分進(jìn)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。電壓測量部分本文采用Tektronix誖公司生產(chǎn)的高壓探頭配合示波器進(jìn)行測量。實(shí)驗(yàn)中所用到的電氣元件參數(shù)如表1 所示：

表1 測試用電氣元件參數(shù)表

3、總結(jié)

　　通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比總結(jié)，本文得出如下結(jié)論：

　　(1)當(dāng)電路中未接入LC 濾波器時(shí)對(duì)電路進(jìn)行斷路測試，斷路器重燃現(xiàn)象頻繁發(fā)生。

　　(2)LC 濾波器的接入對(duì)斷路器的瞬態(tài)響應(yīng)無論在振蕩頻率還是在振蕩強(qiáng)度上都產(chǎn)生了顯著影響。

　　(3)LC 濾波器中電容的增加會(huì)降低斷路器的最大過電壓，重燃次數(shù)以及振蕩頻率等動(dòng)態(tài)特性。

　　(4)當(dāng)接入電容達(dá)到25μF 時(shí)斷路器重燃現(xiàn)象得到基本消除。

　　(5)在本文進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，LC 濾波器的電感由于跟變壓器的電感相比幾乎可以忽略，因此改變其電感對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)造成的影響微乎其微。

　　(6)對(duì)于本文討論的光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，LC濾波的介入可以顯著降低真空開關(guān)過電壓對(duì)變壓器造成的影響。

　　最后，本文僅針對(duì)斷路器的開路操作進(jìn)行了討論，因此斷路器閉路操作時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)仍需在未來的工作中完成，同時(shí)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值建模，并嘗試對(duì)其動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行仿真，建立真空斷路器動(dòng)態(tài)響應(yīng)模擬系統(tǒng)將是未來工作的重點(diǎn)。