CN102655319A - 一种能减小正向叠加电流的直流断路器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能减小正向叠加电流的直流断路器，它包括二个逆变电路，二个变压电路，直流开关触头；二个逆变电路分别与二个变压电路串接后再并接于直流开关触头两端。该装置还可以包括非线性电阻，该非线性电阻与所述直流开关触头并接。本发明在检测到大的直流故障电流时，通过控制两个逆变电路，使人工产生的两个交流电流叠加到直流故障电流上，在产生过零点的同时降低了正向叠加电流的幅值。在电流负半波内的合适时刻触发直流开关使之分断，从而有效地抑制了电弧的产生，提高了断路器容量。根据不同的需求，可以灵活控制逆变电路产生的电流波形。

Description

一种能减小正向叠加电流的直流断路器
技术领域
本发明涉及一种直流断路器，特别涉及一种能减小正向叠加电流的直流断路器。
背景技术
目前世界上已运行的直流系统绝大多数采用两端系统，由于缺乏实用的高压断路器，直流断路器的研制水平成为制约直流输电发展的一个重要因素。目前为止，在高压直流输电系统中的直流断路器设计所采用的方法是将通过交流断路器的直流电流转换为有电流零点的交流电流，这样利用传统意义上的交流断路器所设计的直流开断方案，可以达到开断大电流的效果。就技术问题与可靠性而言，电流叠加法较为切实可行，即在直流系统中叠加一强制的逆电流或振荡电流以得到电流零点，但是这种方法会使叠加电流正向幅值至少增大一倍多，增大了分断大电流的难度，可能会使断路器分闸时产生的电弧更大，给开关触头带来更大的损坏。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提出一种较易控制的能减小正向叠加电流的直流断路器，本发明能够在产生人工过零点的同时，减小正向叠加电流的幅值，从而有效地抑制了电弧的产生，提高断路器容量。
本发明提供的一种能减小正向叠加电流的直流断路器，其特征在于，该直流断路器包括第一、第二逆变电路，第一、第二变压电路，以及直流开关触头；第一、第二逆变电路结构相同，第一、第二变压电路结构相同，第一逆变电路与第一变压电路串接后再并接于直流开关触头两端，第二逆变电路与第二变压电路串接后也并接于所述直流开关触头两端。
作为上述技术方案的改进，该直流断路器还包括非线性电阻，该非线性电阻与所述直流开关触头并接。
作为上述技术方案的进一步改进，第一、第二变压电路均由直流电源、逆变器及滤波器构成，逆变器是单相的，逆变器一端与直流电源相连，另一端与滤波器相连。
作为上述技术方案的更进一步改进，第一、第二变压电路均由一个中频变压器及一个隔直电容构成，中频变压器的输出绕组与隔直电容串接。
本发明具有以下技术效果：
(1)本发明在应用中，通过控制两个逆变电路，使人工产生的两个交流电流叠加到直流故障电流上，使叠加电流产生过零点，并且使正向叠加电流的幅值较小。
(2)本发明在应用中，两个逆变电路人工产生的交流电流是周期性的，并且正负波形对时间轴的面积相等，可以消除直流电流分量，以维持隔直电容两端的电压平衡。本发明可以根据不同的需求，通过控制逆变电路，使人工产生的交流电流的负半波的周期和幅值均可变。
(3)本发明在应用中，在电流负半波的合适时刻触发直流开关使之分断，可以有效抑制电弧的产生，减小对开关触头的损害。
(4)本发明在应用中，单相逆变电路中的开关管可以采用IGBT/IGCT/GTO等全控器件。
(5)本发明在应用中，直流电流不能通过隔直电容，使变压器不至于饱和，可以有效保护变压器。
(6)本发明在应用中，中频变压器可以使电位隔离，起变压和功率调配的作用。
(7)本发明在应用中，非线性电阻(为可选元件)可以防止产生过电压。
附图说明
图1为本发明提供的直流断路器的结构示意图。
图2为采用单相两电平结构的逆变器(开关管以IGBT为例)。
图3为采用单相三电平结构的逆变器(开关管以IGBT为例)。
图4(a)、(b)分别是两个逆变电路产生的人工交流电流波形，图4(c)为直流故障电流与两个人工交流电流的叠加波形及直流故障电流的波形。
具体实施方式
图1中的结构都是开放式的，不局限于图中所画的结构。下面通过借助实例更加详细地说明本发明，但以下实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些实施例的限制。
如图1所示，本发明提供的直流断路器包括第一、第二逆变电路1、1’，第一、第二变压电路2、2’，直流开关触头8及非线性电阻9。第一、第二逆变电路1、1’结构，均由直流电源3、逆变器4及滤波器5构成，逆变器4一端与直流电源3相连，另一端与滤波器5相连。第一、第二变压电路2、2’结构相同，均由一个中频变压器6及一个隔直电容7构成，中频变压器6的输出绕组与隔直电容7串接；第一逆变电路1与第一变压电路2串接后再并接于直流开关触头8两端，第二逆变电路1’与第二变压电路2’串接后也并接于直流开关触头8两端，直流开关触头8与非线性电阻9并接。
非线性电阻9为可选部件。
逆变电路中的逆变器结构要求是单相的，可以采用两电平(如图2所示)、三电平(如图3所示)、五电平等能够产生交流波形的拓扑结构。逆变器中的开关管可采用IGBT、IGCT或GTO等全控器件。
具体实施方式中，逆变器以单相H桥结构为例，滤波器以LC滤波器为例。
本发明通过控制两个逆变电路使人工产生的交流电流与直流故障电流叠加后，使叠加电流产生过零点的同时降低了正向叠加电流的幅值。
通过两个逆变电路人工产生的交流电流是周期性的，并且正负波形对时间轴的面积相等，可以消除直流电流分量，维持隔直电容两端的电压平衡。
直流电流不能流过隔直电容，可以有效保护中频变压器，使其不至于饱和。
中频变压器可以隔离电位，起变换电压和功率调配的作用。
本发明的工作原理是：当直流母线上出现故障(例如负载短路)，保护测量系统检测到直流故障电流后迅速触发两个逆变电路的开关管，使其产生相应的交流电压，经过滤波和变压器后该电压加到直流开关和电容组成的回路中，产生相应的交流电流。如图4(c)所示，两个人工交流电流叠加到直流故障电流上，使叠加电流产生了人工过零点，并且能够大幅度的减小正向叠加电流的幅值。在电流负半波内的合适时刻触发直流开关使之分断，保护测量系统检测到故障电流消失后迅速撤除逆变电路的触发信号。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (8)

1. 一种能减小正向叠加电流的直流断路器，其特征在于，该直流断路器包括第一、第二逆变电路，第一、第二变压电路以及直流开关触头；第一、第二逆变电路结构相同，第一、第二变压电路结构相同，第一逆变电路与第一变压电路串接后再并接于直流开关触头两端，第二逆变电路与第二变压电路串接后也并接于所述直流开关触头两端。
2.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于，该直流断路器还包括非线性电阻，该非线性电阻与所述直流开关触头并接。
3.根据权利要求1或2所述的直流断路器，其特征在于，第一、第二变压电路均由直流电源、逆变器及滤波器构成，逆变器是单相的，逆变器一端与直流电源相连，另一端与滤波器相连。
4.根据权利要求1或2所述的直流断路器，其特征在于，第一、第二变压电路均由一个中频变压器及一个隔直电容构成，中频变压器的输出绕组与隔直电容串接。
5.根据权利要求3所述的直流断路器，其特征在于，第一、第二变压电路均由一个中频变压器及一个隔直电容构成，中频变压器的输出绕组与隔直电容串接。
6.根据权利要求3所述的直流断路器，其特征在于，所述逆变器采用包括两电平、三电平或五电平在内的能够产生交流波形的拓扑结构。
7.根据权利要求3所述的直流断路器，其特征在于，逆变器中的开关管采用IGBT、IGCT或GTO全控器件。
8.根据权利要求3所述的直流断路器，其特征在于，滤波器为LC滤波器。
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