固態斷路器（SSCB）是柔性交流輸電系統（FACTS）和DFACTS（配電FACTS）中實現對電力系統參數和網絡結構快速、靈活、準確控制的關鍵設備，也是保障現代電力系統安全、可靠運行的重要設備。隨著配電網容量的日益增大，系統的短路容量也持續增加，這對開關設備的開斷能力提出了更高的要求。同時，隨著用戶對供電質量要求的不斷提高，如何快速切除短路電流以抑制故障期間電網電壓的跌落也非常重要。現有的機械式斷路器因受其自身物理結構的制約，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。基于電力電子器件的固態斷路器因其卓越的電流關斷性能使其自問世以來便引起廣泛的關注。 　　 1 固態斷路器的工作原理 　　 SSCB是背靠背地將晶閘管并聯在一起，形成一個交流開關模塊，再按額定電壓將其串聯起來。如果晶閘管是常規的硅整流管（SCR），則開關在交流電流第1次過零點時斷開回路。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斷時所產生的過電壓。 來用于6kV及以上系統的SSCB大多采用GT0器件。正常運行時GTO導通，負荷電流從中流過；一旦檢測到故障，控制系統向GTO門極發出關斷脈沖，SSCB可在幾百lls內，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組電抗器并聯于SSCB，則構成了故障電流限制器（FCL）。其工作原理是：在正常負荷條件下，GTO開關閉合并處于完全導通狀態。GTO開關由電流大小或電流上升率驅動，在幾十lLs內可轉換為斷開狀態，并可斷開很大的電流，使故障電流在達到破壞性的數值前很快受到限制。在GTO關斷瞬間，電流流向緩沖器，緩沖器在晶閘管電壓達到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。當故障被清除，線路電流恢復正常，GTO開關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幾秒內衰減掉。 2 固態斷路器的應用 　　 SSCB可以提高開斷速度，提高穩定性；能夠準確控制開關時刻，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。 　　 更有效的方案是在SSCB，和SSCB：的位置上全用常規機械式斷路器，而SSCB3和1臺StatcOn將保證正常供電（反應時間只有幾毫秒）。Statcon可保證在系統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的系統側發生故障，它將在小于1周波的時間內斷開，Statcon即開始向敏感負荷供電，其時間足夠使常規開關切除故障或將負荷轉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，使該負荷實際上不受整個交流系統或其它負荷事故的影響。即使在嚴重情況下，還是來得及啟動備用電源或將負荷轉接到第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，用于導通正常負荷電流；與之并聯的SCR為輔助開關，正常運行時斷開，故障時導通故障電流；限流電抗器可保證系統的故障電流低于SCR的開斷容量，并可減輕下游斷路器的開斷壓力，當檢測到系統故障時，控制系統向GTO發出關斷脈沖，GTO關斷后持續半個周期再重合，同時檢測后續半個周期內的線路電流是否恢復正常，如果恢復正常則GTO維持導通狀態。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導通，限流電抗支路投入運行，最終將故障電流限制在一定數值以下：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軟件中的電力系統模塊庫（PSB）是一種針對電力系統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斷路器。理想開關模型由1個電阻、1個電感和1個由邏輯信號C控制的開關組成。 　　 理想開關用來接通或斷開一個電抗器（L=1 H，R=50Ω，雜散電容C=50nF）。開關參數是：R=1Ωm，L=IXl0-9H，沒有緩沖電路。開關最初是關閉的，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以及開關電壓Uswitch與開關電流Iswitch。在t=36ms時，開關斷開，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t=0.15s時，開關重新閉合。 　　 3 討論 　　 盡管十多年來國外對高壓固態斷路器的研制取得了較大的突破，并有實際的工程應用，但因受到以下固有缺點的制約,迄今固態斷路器仍未廣泛應用。 1）目前電力電子器件的額定電壓和額定電流較低，在高壓電網中，需要采取多個GTO串并聯的方式來提高固態斷路器的開斷容量及其可靠性，因此必須解決各驅動脈沖的同步控制問題，以保證各串并聯運行的GTO在開通與關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致GTO元件的損壞，威脅整個串聯模塊的安全。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、陡上升率的門極驅動脈沖電流，且隨著串并聯器件數的增多，控制這些脈沖的一致性觸發難度很大。 　　 2）GTO的通態損耗大，目前大功率GTO的通態壓降約為3．2V，而機械式斷路器的導通壓降僅為幾mV，因此太大的通態損耗使得固態斷路器必須采取特殊的冷卻裝置才能保證其安全可靠運行。這不但增加了其運行費用，而且還使裝置復雜，降低了裝置的可靠性。 3）GTO的過載能力低，不能持續導通故障電流，而只能在故障電流到達其最大關斷值前關斷，因此固態斷路器無法實現與下游斷路器的整定配合。 　　 由于存在以上缺點，固態斷路器的應用范圍受到很大的限制，一般只用于一些特殊的場合，例如產生大功率脈沖電源的開斷裝置、高壓直流輸電系統的地線轉換斷路器和一些重要負荷的轉移開關。