研究背景
电力开关装备是保障电网安全的核心基础装备，在新型电力系统背景下，单一故障可能引发灾难性大停电事故，因此对开关装备提出更高要求。
机械开关的快速操动与脱扣
研究进展1：快速真空开关
- 背景：发电机断路器、限流器、直流断路器等秒级响应要求机械力在100kN间大幅快速变化，涉及电路-磁场-机械-温度等复杂过程。
- 难点：多物理场耦合的仿真建模、极高响应速度下的参数设计、效率低导致的体积大。
- 创新思路：快速简化等效电路模型、特征参量提取、能量循环与储能电源共用。
- 成果：提出电磁驱动缓冲方法，构建场-路耦合快速简化等效模型，研发40.5kV/12ms快速开关样机，响应速度提高1个数量级。
研究进展2：快速真空开关小型化
- 背景：短开距下弹簧保持失效和小型化难题。
- 创新思路：电磁驱动/缓冲/保持一体化和脉冲电容复用电路。
- 成果：研发0.75~2.5kV快速真空开关，响应时间0.2ms，分断时间1ms，支撑低压配电高可靠供电。
研究进展3：高速灵敏电磁脱扣器
- 背景：电磁脱扣器广泛应用于低压直流断路器，但整定范围无法扩展、刻度分辨率低、脱扣速度不足。
- 创新思路：不依赖主回路电流，通过附加绕组主动调节磁通。
- 成果：实现电流整定值的多等级、宽范围在线调节，调节级数由2提升至3，调节分辨率由0.66kA/mm提升至0.33kA/mm，响应时间小于3ms，速度提高2.25倍。
电力开关装备的电流转移控制方法
研究进展4：直流断路器中的电流快速转移
- 背景：百微秒万安级电流快速转移是直流开断的前提，现有方法损耗高或代价大。
- 方案：激励源在转移支路（半桥、全桥或晶闸管桥式电路配合预充电电容）或主支路（全控型器件配合避雷器）。
- 原理：谐振源的电压和电流总满足电源惯例，提供正反馈，产生电流增幅振荡。
- 成果：采用两组模块式IGBT交叉触发实现高频振荡，研制10kV/10kA/10kHz原型样机，尺寸为宽0.8米深1.2米高2米。
研究进展5：容量提升要求下的电流转移抑制
- 背景：抽水蓄能机组和特高压直流组网对电流转移提出更高要求。
- 方法1：各支路引入杂散电感并做分布式限压保护，但引入杂散电感有损耗。
- 方法2：正反向嵌套磁环的无损无感均流方法，均流系数高达96%。
- 成果：等效缩比实验表明，均流系数可达96%以上。
电力开关装备的多功能集成设计
研究进展6：大容量集约化直流转换开关集成
- 背景：西部清洁能源大规模远距离直流送出输电走廊紧张，输电容量向10GW发展，现有转换能力不足。
- 方案：电流逐级转移的多端口集成方案，送端MRTB/ERTB/NBS/NBGS共用振荡平台和耗能平台。
- 成果：利用气体开关的高通流能力和真空开关的高频开断性能，电容容量要求降低95%以上，实现振荡平台小型化设计。
研究进展7：直流开断与卸荷功能集成
- 背景：直流卸荷器并联在受端MMC出口，控制复杂。
- 原理：直流断路器的部分避雷器动作建立1p.u.的暂态电压MMC旁路，等效为电感+电阻形式，为直流断路器建立直流卸荷通路口。
- 成果：直流断路器的卸荷可行性验证，卸荷过程平稳化，功率水平的自适应实现直流开断和直流卸荷的集成。
