CN103280778B - 环网无冲击分合闸装置与环网断路器 - Google Patents

环网无冲击分合闸装置与环网断路器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环网无冲击分合闸装置，其使用时并联于环网断路器的两端，包括隔离开关、电力变压器和储能型电压源型变换器，储能型电压源型变换器包括电压源型变换器VSC，DC/DC变换器和储能电池。本环网无冲击分合闸装置可以应用于减小或消除环网断路器合闸时在断路器上产生的冲击电流以及分闸时产生的冲击电压，继而延长环网断路器的使用寿命。将本环网无冲击分合闸装置与传统的环网断路器相互并联则形成本发明所公开的环网断路器，相应地，本环网断路器具有分合闸安全和使用寿命长的特点。

Description

环网无冲击分合闸装置与环网断路器
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种环网无冲击分合闸装置与环网断路器。
背景技术
随着环网供电成为常规的供电模式，环网合环操作随之增加，因此合环操作的安全性就越来越重要。
环网供电在停电检修、突发事件或负荷转移时，通过合、解环操作可以减少停电时间，提高供电可靠性，但由此引起的环流对电网的安全运行有很大的影响。一般情况下，操作人员只能凭经验决定是否可以进行合、解环，所以很容易造成方法保守，降低系统供电可靠性。另外，由于在合环操作时，环网断路器两端往往存在压差，导致合环操作过程中容易产生冲击电流，如果冲击电流过大，相应的继电保护装置会重新跳开环网断路器，使得合环操作失败，需要再调整运行方式或尝试多次，因此传统环网断路器合闸往往困难；需要解环操作时，环网断路器上往往会流过环流，直接分闸会引起一定的冲击电压和存在灭弧过程，对环网断路器的寿命有一定影响。
发明内容
基于此，有必要针对现有环网运行时的安全稳定性问题，提供一种安全可靠的环网无冲击分合闸装置与环网断路器。
一种环网无冲击分合闸装置，包括隔离开关、电力变压器和储能型电压源型变换器，所述电力变压器的一次侧通过所述隔离开关与环网断路器并联，所述电力变压器的二次侧与所述储能型电压源型变换器连接；
所述储能型电压源型变换器包括电压源型变换器、DC/DC变换器和储能电池，所述DC/DC变换器的高压侧与所述电压源型变换器的直流侧连接，所述DC/DC变换器的低压侧与所述储能电池连接，所述电压源型变换器的交流侧通过所述电力变压器和所述隔离开关与所述环网断路器并联。
一种环网断路器，包括断路器本机，还包括与所述断路器本机并联的环网无冲击分合闸装置，所述环网无冲击分合闸装置为上述的环网无冲击分合闸装置，所述断路器本机为与上述环网无冲击分合闸装置并联的环网断路器。
本发明的环网无冲击分合闸装置，其使用时并联于环网断路器的两端，包括隔离开关、电力变压器和储能型电压源型变换器，储能型电压源型变换器包括电压源型变换器VSC，DC/DC变换器和储能电池。由于储能电池可以提供电能，根据需要，可通过控制VSC中开关器件的触发脉冲来达到控制变压器一次侧电压的目的，并且通过闭合和断开隔离开关可以实现装置的投切，通过开关元件的串联和DC/DC变换器的使用，装置可以应用于高压大功率场合。因而本发明环网无冲击分合闸装置具有良好的可控性和适用性，可以应用于减小或消除环网断路器合闸时在断路器上产生的冲击电流以及分闸时产生的冲击电压，继而延长环网断路器的使用寿命，并可有效解决由于环网断路器两端压差较大造成冲击电流大，从而导致环网断路器难以合闸的难题。所以本装置是一种结构简单、投切方便且能够实现电力系统环网无冲击分闸和合闸的装置。将本装置与传统的环网断路器相互并联则形成本发明的环网断路器。
附图说明
图1为本发明环网无冲击分合闸装置的结构示意图；
图2为本发明环网无冲击分合闸装置中储能型电压源型变换器第一种结构的结构示意图；
图3为本发明环网无冲击分合闸装置中储能型电压源型变换器第二种结构的结构示意图；
图4为本发明环网无冲击分合闸装置中储能型电压源型变换器第三种结构的结构示意图；
图5为cuk变换器的电路结构示意图；
图6为带中频变压器的DC/AC-AC/DC电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
如图1所示，本发明的环网无冲击分合闸装置，包括隔离开关S1、电力变压器T和储能型电压源型变换器，所述电力变压器T的一次侧通过所述隔离开关S1与环网断路器S并联，所述电力变压器T的二次侧与所述储能型电压源型变换器连接；
所述储能型电压源型变换器包括电压源型变换器VSC、DC/DC变换器和储能电池，所述DC/DC变换器的高压侧与所述电压源型变换器VSC的直流侧连接，所述DC/DC变换器的低压侧与所述储能电池连接，所述电压源型变换器VSC的交流侧则通过所述电力变压器T和所述隔离开关S1与环网断路器S并联。
通过闭合和断开隔离开关实现本发明环网无冲击分合闸装置的投切，控制环网断路器两端的交流电压输入装置，并且储能电池可以提供电能，根据需要，可以通过控制VSC中开关器件的触发脉冲从而控制变压器一次侧电压，储能电池可以由一个或多个蓄电池串联构成，且通过DC/DC变换器的使用，装置可以应用于高压场合，从而使本发明装置具有良好的可控性和适用性。
如图2所示，在其中一个实施例中，所述电压源型变换器为基于一个或多个全控开关元件串联的三相全控桥式电路，再配以适当的输入电感和输出电容构成，所述全控开关元件包括IGBT和二极管，所述IGBT与所述二极管反并联。在这里所述的多个指的是2个或2个以上的个数，多个全控开关元件串联使用可以提高本发明装置适用的电压等级，输入电感和输出电容能起到良好的滤波作用，通过控制IGBT的触发脉冲即可实现对电压源型变换器交流侧电压的控制。
如图3所示，在其中一个实施例中，所述电压源型变换器包括三个单相电路，所述三个单相电路按三相四线制连接，所述三个单相电路包括一个或多个功率变换模块，所述一个或多个功率变换模块相互串联连接，所述功率变换模块为带输入电感和输出电容的全控整流桥。本实施例为本发明装置中储能型电压源型变换器的另一种结构，在这里所述的多个指的是2个或2个以上的个数，多个功率变换模块串联使用可以提高本发明装置适用的电压等级，输入电感和输出电容能起到良好的滤波作用。
如图4所示，在其中一个实施例中，所述电压源型变换器为三相三桥臂电路结构，所述带输出电容的三桥臂结构中每相桥臂均包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂均包括一个或多个子模块和缓冲电感，所述一个或多个子模块和所述缓冲电感串联，所述子模块包括半桥电路和电容，所述半桥电路与所述电容并联。本实施例为本发明装置中储能型电压源型变换器的第三种结构，在这里所述的多个指的是2个或2个以上的个数，多个子模块串联使用可以提高本发明装置适用的电压等级，此外，储能电池也可以串联于每相电路中，将缓冲电感与多个子模块串联起到滤波的作用，一般来说这里只需要将一个缓冲电感与多个子模块串联就可以达到良好的滤波效果。
在其中一个实施例中，所述DC/DC变换器可以采用cuk变换器的电路结构，如图5所示，也可以采用带中频变压器的DC/AC-AC/DC电路结构，如图6所示，以适用于更复杂的情况。
假设正常情况下，环网合环运行，线路发生故障时，环网断路器跳开，故障解除后，此时由于环网断路器两端电压的幅值和相位有较大差异，若直接合上断路器会在断路器上产生冲击电流，造成继电保护装置启动，断路器再次跳开，故先需通过合上隔离开关接入本发明环网无冲击分合闸装置，此时环网断路器两端的交流电压差从电力变压器的一次侧耦合到二次侧，并加载于输入电感上，通过控制VSC中开关器件的触发脉冲，将储能电池提供的直流电压变换为VSC交流端相电压，与电感上的交流电压相抵消，从而使断路器两端电压相同，压差为零或接近零，再合上环网断路器，从而实现无冲击合闸，然后通过控制可使本装置上流过的电流为零，再断开隔离开关切断本装置，实现本装置无扰动退出；需要对线路进行检修时，直接断开环网断路器容易产生冲击电压，形成电弧，影响断路器的使用寿命，故先需通过合上隔离开关接入本发明储能型环网无冲击分合闸装置，通过控制VSC中开关器件的触发脉冲，使流过隔离开关的电流逐渐增大，同时流过断路器的电流逐渐减小到零，安全断开断路器后再通过控制VSC中开关元件的触发脉冲使流过装置的电流减小为零，最后通过断开隔离开关切断装置。由于储能电池可以提供电能，根据需要，可通过控制VSC中开关器件的触发脉冲来达到控制变压器一次侧电压的目的，并且可以通过闭合和断开隔离开关实现装置的投切。因而本环网无冲击分合闸装置具有良好的可控性和适用性，可以应用于减小或消除环网断路器合闸时在断路器上产生的冲击电流以及分闸时产生的冲击电压，继而延长环网断路器的使用寿命，并可有效解决由于环网断路器两端压差较大造成冲击电流大，从而导致环网断路器难以合闸的难题。所以本装置是一种结构简单、投切方便且能够实现电力系统环网无冲击分闸和合闸的装置。
按照图1所示，将上述环网无冲击分合闸装置并联于传统的环网断路器上，则形成本发明的环网断路器。相应地，本环网断路器具有分合闸安全可靠，以及使用寿命长的优点。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种环网断路器，包括断路器本机，其特征在于，还包括与所述断路器本机并联的环网无冲击分合闸装置；
所述环网无冲击分合闸装置包括隔离开关、电力变压器和储能型电压源型变换器，所述电力变压器的一次侧通过所述隔离开关与所述断路器本机并联，所述电力变压器的二次侧与所述储能型电压源型变换器连接；
所述储能型电压源型变换器包括电压源型变换器、DC/DC变换器和储能电池，所述DC/DC变换器的高压侧与所述电压源型变换器的直流侧连接，所述DC/DC变换器的低压侧与所述储能电池连接，所述电压源型变换器的交流侧通过所述电力变压器和所述隔离开关与所述断路器本机并联。
2.根据权利要求1所述的环网断路器，其特征在于，所述电压源型变换器包括输入电感、输出电容及由多个全控开关元件串联而成的三相全控桥式电路，所述全控开关元件包括IGBT和二极管，所述IGBT与所述二极管反并联。
3.根据权利要求1所述的环网断路器，其特征在于，所述电压源型变换器包括三个单相电路，所述三个单相电路按三相四线制连接，所述三个单相电路包括多个功率变换模块，多个所述功率变换模块依次串联，所述功率变换模块为包括输入电感和输出电容的全控整流桥。
4.根据权利要求1所述的环网断路器，其特征在于，所述电压源型变换器为包括输出电容的三相三桥臂电路，所述三相三桥臂电路中每相桥臂均包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂均包括一个或多个子模块和缓冲电感，一个或多个所述子模块和所述缓冲电感串联，所述子模块包括半桥电路和电容，所述半桥电路与所述电容并联。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的环网断路器，其特征在于，所述DC/DC变换器为采用cuk变换器电路结构的变换器，或采用包括中频变压器的DC/AC-AC/DC电路结构的变换器。
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