固態(tài)斷路器（SSCB）是柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）和DFACTS（配電FACTS）中實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)快速、靈活、準(zhǔn)確控制的關(guān)鍵設(shè)備，也是保障現(xiàn)代電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的重要設(shè)備。隨著配電網(wǎng)容量的日益增大，系統(tǒng)的短路容量也持續(xù)增加，這對開關(guān)設(shè)備的開斷能力提出了更高的要求。同時，隨著用戶對供電質(zhì)量要求的不斷提高，如何快速切除短路電流以抑制故障期間電網(wǎng)電壓的跌落也非常重要?，F(xiàn)有的機(jī)械式斷路器因受其自身物理結(jié)構(gòu)的制約，其開斷容量很難有大幅度提高，并且動、靜觸頭分開時引起的電弧延長了故障電流切除時間，使之難以滿足一些電力用戶對故障電流開斷的速動性要求，因此如何限制、迅速開斷故障電流顯得日趨重要?；陔娏﹄娮悠骷墓虘B(tài)斷路器因其卓越的電流關(guān)斷性能使其自問世以來便引起廣泛的關(guān)注。 　　 1 固態(tài)斷路器的工作原理 　　 SSCB是背靠背地將晶閘管并聯(lián)在一起，形成一個交流開關(guān)模塊，再按額定電壓將其串聯(lián)起來。如果晶閘管是常規(guī)的硅整流管（SCR），則開關(guān)在交流電流第1次過零點(diǎn)時斷開回路。這將形成幾毫秒的時延，但已可為大部分用途所接受。如果采用門極可關(guān)斷晶閘管（GTO），則可瞬時切斷電流。ZnO避雷器和緩沖器用來吸收晶閘管關(guān)斷時所產(chǎn)生的過電壓。 來用于6kV及以上系統(tǒng)的SSCB大多采用GT0器件。正常運(yùn)行時GTO導(dǎo)通，負(fù)荷電流從中流過；一旦檢測到故障，控制系統(tǒng)向GTO門極發(fā)出關(guān)斷脈沖，SSCB可在幾百lls內(nèi)，在故障電流沒有上升到較大幅值前就予以切除，因此可有效抑制電網(wǎng)電壓的跌落和大故障電流帶來的惡劣后果。 　　 若再將1組電抗器并聯(lián)于SSCB，則構(gòu)成了故障電流限制器（FCL）。其工作原理是：在正常負(fù)荷條件下，GTO開關(guān)閉合并處于完全導(dǎo)通狀態(tài)。GTO開關(guān)由電流大小或電流上升率驅(qū)動，在幾十lLs內(nèi)可轉(zhuǎn)換為斷開狀態(tài)，并可斷開很大的電流，使故障電流在達(dá)到破壞性的數(shù)值前很快受到限制。在GTO關(guān)斷瞬間，電流流向緩沖器，緩沖器在晶閘管電壓達(dá)到ZnO避雷器動作電壓之前，限制了電壓的上升速度。該電壓也加在電抗器上，由于電抗器的限流作用，故障電流受到了限制。當(dāng)故障被清除，線路電流恢復(fù)正常，GTO開關(guān)則在電壓為零或接近零時接通，這樣可以避免緩沖器的電容放電電流太大，電抗器上的電流將在零點(diǎn)幾秒內(nèi)衰減掉。 2 固態(tài)斷路器的應(yīng)用 　　 SSCB可以提高開斷速度，提高穩(wěn)定性；能夠準(zhǔn)確控制開關(guān)時刻，選擇在電流過零時動作，降低過電壓。在兩個互為備用的饋線端都采用SSCB，就可在任一饋線故障時，將停電或異常時間限制在1周波之內(nèi)。 　　 更有效的方案是在SSCB，和SSCB：的位置上全用常規(guī)機(jī)械式斷路器，而SSCB3和1臺StatcOn將保證正常供電（反應(yīng)時間只有幾毫秒）。Statcon可保證在系統(tǒng)電壓正常閃變時電壓恒定，還可使母線電壓和電流不受諧波影響。如果在SSCB3的系統(tǒng)側(cè)發(fā)生故障，它將在小于1周波的時間內(nèi)斷開，Statcon即開始向敏感負(fù)荷供電，其時間足夠使常規(guī)開關(guān)切除故障或?qū)⒇?fù)荷轉(zhuǎn)接到另外無故障的饋線上。SSCB3可測知故障并與其斷開，此時Statcon將維持敏感用戶母線的電壓水平，使該負(fù)荷實(shí)際上不受整個交流系統(tǒng)或其它負(fù)荷事故的影響。即使在嚴(yán)重情況下，還是來得及啟動備用電源或?qū)⒇?fù)荷轉(zhuǎn)接到第3個無故障的饋線上。 　　 美國西屋電氣公司研制成功的強(qiáng)迫空冷戶外式SSCB（13．8kV，675A）于1995年2月安裝于美國新澤西州PSE&G變電站運(yùn)行。其原理接線見圖3（與故障電流限制器FCL組合），其中SSCB的GTO回路額定電流為675A，通過SCR的故障電流為8kA。 　　 其中，GTO為主開關(guān)，用于導(dǎo)通正常負(fù)荷電流；與之并聯(lián)的SCR為輔助開關(guān)，正常運(yùn)行時斷開，故障時導(dǎo)通故障電流；限流電抗器可保證系統(tǒng)的故障電流低于SCR的開斷容量，并可減輕下游斷路器的開斷壓力，當(dāng)檢測到系統(tǒng)故障時，控制系統(tǒng)向GTO發(fā)出關(guān)斷脈沖，GTO關(guān)斷后持續(xù)半個周期再重合，同時檢測后續(xù)半個周期內(nèi)的線路電流是否恢復(fù)正常，如果恢復(fù)正常則GTO維持導(dǎo)通狀態(tài)。因此在這種情況下，供電中斷時伺最多為半個周期；如果故障仍存在，則GTO再次斷開，同時SCR導(dǎo)通，限流電抗支路投入運(yùn)行，最終將故障電流限制在一定數(shù)值以下：10多個周期后如果故障仍存在，則SCR斷開，最終將故障切除。 MATLAB軟件中的電力系統(tǒng)模塊庫（PSB）是一種針對電力系統(tǒng)的可視化建模與仿真工具。在PSB的電力電子模塊庫中，有一個理想開關(guān)模型，它用于模擬一個簡化的電力電子裝置，如GTO裝置或者是用于電流切斷的固態(tài)斷路器。理想開關(guān)模型由1個電阻、1個電感和1個由邏輯信號C控制的開關(guān)組成。 　　 理想開關(guān)用來接通或斷開一個電抗器（L=1 H，R=50Ω，雜散電容C=50nF）。開關(guān)參數(shù)是：R=1Ωm，L=IXl0-9H，沒有緩沖電路。開關(guān)最初是關(guān)閉的，在36ms時被打開，然后在t=0．15s重新閉合。 啟動仿真，觀察流過電抗器的電流人與電壓認(rèn)以及開關(guān)電壓Uswitch與開關(guān)電流Iswitch。在t=36ms時，開關(guān)斷開，流過電抗器的電流為0．185A。電抗器上的電流斷開時，在電抗器上產(chǎn)生一個高頻過電壓 （711HZ），其最高電壓可通過下式計算 Ulmax=IL =0.185 =830V（1） 當(dāng)t=0.15s時，開關(guān)重新閉合。 　　 3 討論 　　 盡管十多年來國外對高壓固態(tài)斷路器的研制取得了較大的突破，并有實(shí)際的工程應(yīng)用，但因受到以下固有缺點(diǎn)的制約,迄今固態(tài)斷路器仍未廣泛應(yīng)用。 1）目前電力電子器件的額定電壓和額定電流較低，在高壓電網(wǎng)中，需要采取多個GTO串并聯(lián)的方式來提高固態(tài)斷路器的開斷容量及其可靠性，因此必須解決各驅(qū)動脈沖的同步控制問題，以保證各串并聯(lián)運(yùn)行的GTO在開通與關(guān)斷時有較好的均壓和均流特性，否則壓降不均或分流不均都將導(dǎo)致GTO元件的損壞，威脅整個串聯(lián)模塊的安全。但由于GTO開斷時的增益很小，僅有4～5倍，因此開斷大的電流需要大幅值、陡上升率的門極驅(qū)動脈沖電流，且隨著串并聯(lián)器件數(shù)的增多，控制這些脈沖的一致性觸發(fā)難度很大。 　　 2）GTO的通態(tài)損耗大，目前大功率GTO的通態(tài)壓降約為3．2V，而機(jī)械式斷路器的導(dǎo)通壓降僅為幾mV，因此太大的通態(tài)損耗使得固態(tài)斷路器必須采取特殊的冷卻裝置才能保證其安全可靠運(yùn)行。這不但增加了其運(yùn)行費(fèi)用，而且還使裝置復(fù)雜，降低了裝置的可靠性。 3）GTO的過載能力低，不能持續(xù)導(dǎo)通故障電流，而只能在故障電流到達(dá)其最大關(guān)斷值前關(guān)斷，因此固態(tài)斷路器無法實(shí)現(xiàn)與下游斷路器的整定配合。 　　 由于存在以上缺點(diǎn)，固態(tài)斷路器的應(yīng)用范圍受到很大的限制，一般只用于一些特殊的場合，例如產(chǎn)生大功率脈沖電源的開斷裝置、高壓直流輸電系統(tǒng)的地線轉(zhuǎn)換斷路器和一些重要負(fù)荷的轉(zhuǎn)移開關(guān)。