真空斷路器在大規模光伏發電系統中有著重要應用，本文簡要闡述了真空斷路器的瞬態響應在光伏發電系統中的影響，分析了斷路器操作產生的動態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生的過電壓、重燃等動態特性的抑制作用進行了測試與討論。

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

　　然而，在某些電網條件下，真空斷路器關斷時產生的瞬態過電壓會對電網中的變壓器產生致命影響，導致其使用壽命降低，生產效率下降，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設備進行的。由于光伏發電系統內通常利用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的瞬態響應，因此LC 濾波模塊對于控制真空斷路器的瞬態過電壓是否有著積極影響對于研究光伏系統內的斷路器瞬態響應有著重要意義。本文旨在研究真空斷路器的瞬態響應在光伏發電系統中造成的影響，以12kV/1250A 規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 濾波機構在抑制瞬態響應中的作用。

1、光伏發電系統結構

　　本文在研究時采用的光伏發電系統等效框圖如圖1 所示。其中太陽能電池板用于將太陽輻射的能量轉化為直流電勢，其具體參數及非線性特性等由生產商提供。直流電勢須經由DC/DC升壓模塊以及DC/AC 逆變器轉換為合適的交流電力輸送給電氣網絡。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以及滅弧后觸頭間的絕緣介質，得益于其高真空環境，觸頭間的介電常數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高壓，損壞電路。

圖1 光伏發電系統框圖

2、瞬態響應測試

　　本文在對真空斷路器的瞬態響應進行測試時，利用了一臺250kVA 的配電變壓器對光伏發電系統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，經由真空斷路器串聯至20kVA 變壓器。真空斷路器采用12kV/1250A 規格，彈簧運動機構。電壓測量部分本文采用Tektronix誖公司生產的高壓探頭配合示波器進行測量。實驗中所用到的電氣元件參數如表1 所示：

表1 測試用電氣元件參數表

3、總結

　　通過對實驗數據的對比總結，本文得出如下結論：

　　(1)當電路中未接入LC 濾波器時對電路進行斷路測試，斷路器重燃現象頻繁發生。

　　(2)LC 濾波器的接入對斷路器的瞬態響應無論在振蕩頻率還是在振蕩強度上都產生了顯著影響。

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

　　(4)當接入電容達到25μF 時斷路器重燃現象得到基本消除。

　　(5)在本文進行的實驗中，LC 濾波器的電感由于跟變壓器的電感相比幾乎可以忽略，因此改變其電感對動態響應造成的影響微乎其微。

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

　　最后，本文僅針對斷路器的開路操作進行了討論，因此斷路器閉路操作時的動態響應仍需在未來的工作中完成，同時對光伏發電系統進行數值建模，并嘗試對其動態響應進行仿真，建立真空斷路器動態響應模擬系統將是未來工作的重點。