CN105703324A - 一种电流转移型高压直流断路器 - Google Patents

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CN105703324A CN201610158911.6A CN201610158911A CN105703324A CN 105703324 A CN105703324 A CN 105703324A CN 201610158911 A CN201610158911 A CN 201610158911A CN 105703324 A CN105703324 A CN 105703324A
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虞海泓
陆翌
裘鹏
童凯
宣佳卓
陈骞
黄晓明
陆承宇
楼伯良
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Abstract

本发明公开了一种电流转移型高压直流断路器，包括：断流开关、上直流母线、下直流母线和n个通流开关组，n为不小于2的整数，各通流开关组的一端与上直流母线连接，另一端与下直流母线连接，各通流开关组包括串联的一上通流开关和一下通流开关，其中x个通流开关组的上通流开关和下通流开关的公共端与外界的换流器部连接，其余通流开关组的上通流开关和下通流开关的公共端与对应的外接直流线路连接，0<x<n；断流开关的一端与上直流母线连接，另一端与下直流母线连接。本发明直流断路器的个数与直流线路的条数无关，只与直流端数相关，在多端直流输电系统中，直流线路的条数将会是直流端的数倍，因此可节省断路器的个数，降低造价成本。

Description

一种电流转移型高压直流断路器
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种电流转移型高压直流断路器。
背景技术
在电力系统中，为了保障输电的可靠性和安全性，往往需要对系统中的故障进行隔离。
直流电网相对于交流电网的阻尼较低，故障发展更快，控制保护难度更大。为了快速有效地隔离故障，保障直流电网相关设备的安全稳定运行，并尽可能地减少故障对交直流系统运行带来的影响，就需要采用直流断路器技术。目前的高压直流断路器主要包括三类：基于常规开关的传统机械式断路器、基于纯电力电子器件的固态断路器和基于上述二者结合的混合式断路器。其中，传统机械式断路器通态损耗低，但受到震荡所需时间和常规机械开关分断速度的影响，难以满足直流系统快速分断故障电流的要求；基于纯电力电子器件的固态断路器需要使用较多的器件串联，使得固态断路器的通态损耗大、成本高；而当前的基于上述二者结合的混合式断路器造价昂贵、经济性差，在直流系统中，为有效切除故障电流，每条直流线路两端以及换流器直流出口侧都需要安装直流断路器。然而，在多端直流输电系统以及直流电网中，为了保证输电可靠性，网状结构将成为主流，直流线路的条数将明显多于换流站个数，而传统的直流断路器的安装个数会随着直流电网线路数目的增加而同比增加，这将导致电网的造价成倍增加。
因而，如何在直流电网中既能保证具有较强的故障隔离能力，又能降低直流电网的造价成本，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种电流转移型高压直流断路器，在直流电网中既能保证具有一定的故障隔离能力，又能降低直流电网的造价成本。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种电流转移型高压直流断路器，包括：断流开关、上直流母线、下直流母线和n个通流开关组，n为不小于2的整数，
其中，各所述通流开关组的一端与所述上直流母线连接，另一端与所述下直流母线连接，各所述通流开关组包括串联的一上通流开关和一下通流开关，其中x个所述通流开关组的上通流开关和下通流开关的公共端与外界的换流器部连接，其余所述通流开关组的上通流开关和下通流开关的公共端与对应的外接直流线路连接，x为大于0且小于n的整数；
所述断流开关的一端与所述上直流母线连接，另一端与所述下直流母线连接。
优选地，所述上通流开关包括：第一隔离开关、第一避雷器和第一开关管部，其中，所述第一隔离开关的一端与所述上直流母线连接，所述第一隔离开关的另一端与所述第一避雷器的一端连接，所述第一避雷器的另一端与所述下通流开关连接，所述第一开关管部和所述第一避雷器并联；
所述下通流开关包括：第二隔离开关、第二避雷器和第二开关管部，其中，所述第二隔离开关的一端与所述下直流母线连接，所述第二隔离开关的另一端与所述第二避雷器的一端连接，所述第二避雷器的另一端与所述上通流开关连接，所述第二开关管部和所述第二避雷器并联。
优选地，所述第一开关管部包括第一IGBT组，所述第一IGBT组包括m个依次串联的第一IGBT单元，所述第一IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，各所述IGBT的发射极和临近的IGBT的集电极连接，其中，第一个所述第一IGBT单元的IGBT的集电极与所述第一隔离开关连接，第m个所述第一IGBT单元的IGBT的发射极与所述下通流开关连接，m为大于0的整数。
优选地，所述第二开关管部包括第二IGBT组，所述第二IGBT组包括m个依次串联的第二IGBT单元，所述第二IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，各所述IGBT的发射极和临近的IGBT的集电极连接，其中，第一个所述第二IGBT单元的IGBT的集电极与所述上通流开关连接，第m个所述第二IGBT单元的IGBT的发射极与所述第二隔离开关连接，m为大于0的整数。
优选地，所述第一开关管部包括第一半H桥组，所述第一半H桥组包括m个依次串联的第一半H桥电路，所述第一半H桥电路包括第一电容、第三IGBT单元和第四IGBT单元，所述第三IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，所述第四IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，其中，在各第一半H桥电路中，所述第三IGBT单元的IGBT的集电极和所述第四IGBT单元的IGBT的发射极连接，所述第三IGBT单元的IGBT的发射极和所述第一电容的一端连接，所述第四IGBT单元的IGBT的集电极和所述第一电容的另一端连接，
其中，第一个所述第一半H桥电路的第三IGBT单元的IGBT的集电极与所述第一隔离开关连接，第m个所述第一半H桥电路的所述第三IGBT单元的IGBT的发射极与所述下通流开关连接，m为大于0的整数，各所述第三IGBT单元的IGBT依次串联。
优选地，所述第二开关管部包括第二半H桥组，所述第二半H桥组包括m个依次串联的第二半H桥单元，所述第二半H桥单元包括第二电容、第五IGBT单元和第六IGBT单元，所述第五IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，所述第六IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，其中，在各第二半H桥单元中，所述第五IGBT单元的IGBT的集电极和所述第六IGBT单元的IGBT的发射极连接，所述第五IGBT单元的IGBT的发射极和所述第二电容的一端连接，所述第六IGBT单元的IGBT的集电极和所述第二电容的另一端连接，
其中，第一个所述第二半H桥电路的第五IGBT单元的IGBT的集电极与所述上通流开关连接，第m个所述第二半H桥电路的第五IGBT单元的IGBT的发射极与所述第二隔离开关连接，m为大于0的整数，各所述第五IGBT单元的IGBT依次串联。
优选地，所述断流开关包括a个相互串联的断流单元，a为不小于1的整数，所述断流单元包括第三避雷器和与所述第三避雷器并联的第三开关管部，其中，所述第三开关管部为第三IGBT组或第三半H桥组，
所述第三IGBT组包括m个依次串联的第七IGBT单元，所述第七IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，各所述IGBT的发射极和临近的IGBT的集电极连接，其中，第一个所述第七IGBT单元的IGBT的集电极与所述上直流母线连接，第m个所述第七IGBT单元的IGBT的发射极与所述下直流母线连接，m为大于0的整数；
所述第三半H桥组包括m个依次串联的第三半H桥电路，所述第三半H桥电路包括第三电容、第八IGBT单元和第九IGBT单元，所述第八IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，所述第九IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，其中，在各第三半H桥电路中，所述第八IGBT单元的IGBT的集电极和所述第九IGBT单元的IGBT的发射极连接，所述第八IGBT单元的IGBT的发射极和所述第三电容的一端连接，所述第九IGBT单元的IGBT的集电极和所述第三电容的另一端连接，其中，第一个所述第三半H桥电路的第八IGBT单元的IGBT的集电极与所述上直流母线连接，第m个所述第三半H桥电路的第八IGBT单元的IGBT的发射极与所述下直流母线连接，m为大于0的整数，各所述第八IGBT单元的IGBT依次串联。
优选地，所述换流器部包括换流器和平波电抗器，所述平波电抗器的一端和一个所述通流开关组的上通流开关和下通流开关的公共端连接，所述平波电抗器的另一端与所述换流器连接。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本发明所提供的电流转移型高压直流断路器，包括：断流开关、上直流母线、下直流母线和n个通流开关组，n为不小于2的整数，其中，各通流开关组的一端与上直流母线连接，另一端与下直流母线连接，各通流开关组包括串联的一上通流开关和一下通流开关，其中x个通流开关组的上通流开关和下通流开关的公共端与外界的换流器部连接，其余通流开关组的上通流开关和下通流开关的公共端与对应的外接直流线路连接，x为大于0且小于n的整数；断流开关的一端与上直流母线连接，另一端与下直流母线连接。由于本发明的直流断路器设有若干个通流开关组，除却连接换流器部的通流开关组，其余通流开关组皆可与直流线路连接，以对直流线路的故障进行隔离，这使得直流断路器的个数与直流线路的条数无关，只与直流端的个数相关，在多端直流输电系统以及直流电网中，直流线路的条数将会是直流母线(直流端)个数的数倍，因此，输电系统采用本发明的直流断路器可以有效节省断路器的个数，大大降低了造价成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种具体实施方式所提供的电流转移型高压直流断路器结构示意图；
图2为本发明一种实施方式所提供的电流转移型高压直流断路器的上通流开关结构示意图；
图3为本发明一种实施方式所提供的电流转移型高压直流断路器的下通流开关结构示意图；
图4为本发明另一种实施方式所提供的电流转移型高压直流断路器的上通流开关结构示意图；
图5为本发明另一种实施方式所提供的电流转移型高压直流断路器的下通流开关结构示意图；
图6为本发明一种实施方式所提供的电流转移型高压直流断路器的断流开关结构示意图；
图7为本发明一种实施方式所提供的另一种电流转移型高压直流断路器的断流开关结构示意图；
图8为本发明所提供的具有电流转移型高压直流断路器的四端直流输电系统单线结构示意图；
图9为图8中A部分的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种电流转移型高压直流断路器，在直流电网中既能保证具有一定的故障隔离能力，又能降低直流电网的造价成本。
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
请参考图1，图1为本发明一种具体实施方式所提供的电流转移型高压直流断路器结构示意图。
在本发明的一种具体实施方式中，一种电流转移型高压直流断路器，包括：断流开关1、上直流母线2、下直流母线3和n个通流开关组4，n为不小于2的整数，其中，各通流开关组4的一端与上直流母线2连接，另一端与下直流母线3连接，各通流开关组4包括串联的一上通流开关401和一下通流开关402，其中x个通流开关组的上通流开关401和下通流开关402的公共端与外界的换流器部5连接，其余通流开关组4的上通流开关401和下通流开关402的公共端与对应的外接直流线路6连接，x为大于0且小于n的整数；断流开关1的一端与上直流母线2连接，另一端与下直流母线3连接。
其中，由于在直流系统中，一般一个换流器部接至一条直流母线，即一般一个换流器部连接一个断路器，因此优选与外界的换流器部连接的通流开关组的个数为1，即x为1。若电网中连接至某一电流转移型高压直流断路器的直流线路个数为y，则该电流转移型高压直流断路器中的通流开关组的个数至少为y+1，y为大于0的整数。
在本实施方式中，如图1所示，断流开关上端和上直流母线连接，断流开关的下端和下直流母线连接。各组通流开关组中的上通流开关的上端和上直流母线连接，上通流开关的下端和同组中的下通流开关的上端连接，该下通流开关的下端连接下直流母线。
当直流线路发生故障时，首选需要确定需要进行隔离的换流器部和/或直流线路，然后根据所有需要进行隔离的换流器部和/或直流线路所对应的上通流开关、下通流开关的预设通断顺序控制各通流开关的通断，然后控制断流开关，最后在确认流过所有需要进行隔离的换流器部和/或直流线路的电流为零后，控制对应的下通流开关，完成故障隔离。
传统的直流断路器的安装个数会随着直流电网线路数目的增加而同比增加，这将导致电网的造价成倍增加。而由于本发明的直流断路器设有若干个通流开关组，除却连接换流器部的通流开关组，其余通流开关组皆可与直流线路连接，以对直流线路的故障进行隔离，这使得直流断路器的个数与直流线路的条数无关，只与直流端的个数相关，在多端直流输电系统以及直流电网中，直流线路的条数将会是直流母线(直流端)个数的数倍，因此，输电系统采用本发明的直流断路器可以有效节省所需要安装的断路器的个数，大大降低了造价成本。
请参考图2和图3，图2为本发明一种实施方式所提供的电流转移型高压直流断路器的上通流开关结构示意图；图3为本发明一种实施方式所提供的电流转移型高压直流断路器的下通流开关结构示意图。
在上述实施方式的基础上，本发明一种实施方式中，上通流开关包括：第一隔离开关21、第一避雷器22和第一开关管部23，其中，第一隔离开关21的一端与上直流母线连接，第一隔离开关21的另一端与第一避雷器22的一端连接，第一避雷器22的另一端与下通流开关连接，第一开关管部23和第一避雷器22并联。下通流开关包括：第二隔离开关24、第二避雷器25和第二开关管部26，其中，第二隔离开关24的一端与下直流母线连接，第二隔离开关24的另一端与第二避雷器25的一端连接，第二避雷器25的另一端与上通流开关连接，第二开关管部26和第二避雷器25并联。在本实施方式中，一组通流开关组的上通流开关和下通流开关的公共端即第一避雷器和第二避雷器的公共连接端，也即是第一开关管部和第二开关管部的公共连接端。
在上述实施方式的基础上，本发明一种实施方式中，第一开关管部包括第一IGBT组，第一IGBT组包括m个依次串联的第一IGBT单元，第一IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，即IGBT的集电极连接对应的二极管的负极，IGBT的发射极连接对应的二极管的正极。各IGBT的发射极和临近的IGBT的集电极连接，其中，第一个第一IGBT单元的IGBT的集电极与第一隔离开关连接，第m个第一IGBT单元的IGBT的发射极与下通流开关连接，m为大于0的整数，即m个第一IGBT单元顺次连接，第一个第一IGBT单元的IGBT的发射极连接第二个第一IGBT单元的IGBT的集电极，第二个第一IGBT单元的IGBT的发射极连接第三个第一IGBT单元的IGBT的集电极，直至第m-1个第一IGBT单元的IGBT的发射极连接第m个第一IGBT单元的IGBT的集电极，即第i个第一IGBT单元的IGBT的集电极和第i-1个第一IGBT单元的IGBT的发射极连接，第i个第一IGBT单元的IGBT的发射极和第i+1个第一IGBT单元的IGBT的集电极连接，1<i<m且i为整数。
相应地，第二开关管部包括第二IGBT组，第二IGBT组包括m个依次串联的第二IGBT单元，第二IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，各IGBT的发射极和临近的IGBT的集电极连接，其中，第一个第二IGBT单元的IGBT的集电极与上通流开关连接，第m个第二IGBT单元的IGBT的发射极与第二隔离开关连接，m为大于0的整数。即m个第二IGBT单元顺次连接，其中，第i个第二IGBT单元的IGBT的集电极和第i-1个第二IGBT单元的IGBT的发射极连接，第i个第二IGBT单元的IGBT的发射极和第i+1个第二IGBT单元的IGBT的集电极连接，1<i<m且i为整数。
请参考图4和图5，图4为本发明另一种实施方式所提供的电流转移型高压直流断路器的上通流开关结构示意图；图5为本发明另一种实施方式所提供的电流转移型高压直流断路器的下通流开关结构示意图。
在本发明的一种实施方式中，开关管部除却采用IGBT组外，还可以采用半H桥组。其中，第一开关管部23包括第一半H桥组，第一半H桥组包括m个依次串联的第一半H桥电路41，第一半H桥电路41包括第一电容411、第三IGBT单元412和第四IGBT单元413，第三IGBT单元412包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，第四IGBT单元413包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，其中，在各第一半H桥电路41中，第三IGBT单元412的IGBT的集电极和对应第四IGBT单元413的IGBT的发射极连接，第三IGBT单元412的IGBT的发射极和对应的第一电容411的一端连接，第四IGBT单元413的IGBT的集电极和第一电容411的另一端连接，其中，第一个第一半H桥电路的第三IGBT单元的IGBT的集电极与第一隔离开关21连接，第m个第一半H桥电路的第三IGBT单元的IGBT的发射极与下通流开关连接，m为大于0的整数，各第三IGBT单元的IGBT依次串联，即m个第一半H桥电路顺次连接，其中，第i个第一半H桥电路的第三IGBT单元的IGBT的集电极和第i-1个第一半H桥电路的第三IGBT单元的IGBT的发射极连接，第i个第一半H桥电路的第三IGBT单元的IGBT的发射极和第i+1个第一半H桥电路的第三IGBT单元的IGBT的集电极连接，1<i<m且i为整数。
相应地，第二开关管部26包括第二半H桥组，第二半H桥组包括m个依次串联的第二半H桥单元51，第二半H桥单元51包括第二电容511、第五IGBT单元和第六IGBT单元，第五IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，第六IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，其中，在各第二半H桥单元中，第五IGBT单元的IGBT的集电极和第六IGBT单元的IGBT的发射极连接，第五IGBT单元的IGBT的发射极和第二电容的一端连接，第六IGBT单元的IGBT的集电极和第二电容的另一端连接，其中，第一个第二半H桥电路的第五IGBT单元的IGBT的集电极与上通流开关连接，第m个第二半H桥电路的第五IGBT单元的IGBT的发射极与第二隔离开关连接，m为大于0的整数，各第五IGBT单元的IGBT依次串联，即m个第二半H桥电路顺次连接，其中，第i个第二半H桥电路的第五IGBT单元的IGBT的集电极和第i-1个第二半H桥电路的第五IGBT单元的IGBT的发射极连接，第i个第二半H桥电路的第五IGBT单元的IGBT的发射极和第i+1个第二半H桥电路的第五IGBT单元的IGBT的集电极连接，1<i<m且i为整数。
请参考图6和图7，图6为本发明一种实施方式所提供的电流转移型高压直流断路器的断流开关结构示意图；图7为本发明一种实施方式所提供的另一种电流转移型高压直流断路器的断流开关结构示意图。
在上述任一实施方式的基础上，本发明一种实施方式中，断流开关包括a个相互串联的断流单元11，a为不小于1的整数，断流单元11包括第三避雷器111和与第三避雷器111并联的第三开关管部，其中，第三开关管部为第三IGBT组61或第三半H桥组71。当第三开关管部为第三IGBT组时，第三IGBT组包括m个依次串联的第七IGBT单元，第七IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，各IGBT的发射极和临近的IGBT的集电极连接，其中，第一个第七IGBT单元的IGBT的集电极与上直流母线连接，第m个第七IGBT单元的IGBT的发射极与下直流母线连接，m为大于0的整数。当第三开关管部位第三半H桥组时，第三半H桥组包括m个依次串联的第三半H桥电路，第三半H桥电路包括第三电容、第八IGBT单元和第九IGBT单元，第八IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，第九IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，其中，在各第三半H桥电路中，第八IGBT单元的IGBT的集电极和第九IGBT单元的IGBT的发射极连接，第八IGBT单元的IGBT的发射极和第三电容的一端连接，第九IGBT单元的IGBT的集电极和第三电容的另一端连接，其中，第一个第三半H桥电路的第八IGBT单元的IGBT的集电极与上直流母线连接，第m个第三半H桥电路的第八IGBT单元的IGBT的发射极与下直流母线连接，m为大于0的整数，各第八IGBT单元的IGBT依次串联。
在本发明各实施方式中，换流器部包括换流器和平波电抗器，平波电抗器的一端和一个通流开关组的上通流开关和下通流开关的公共端连接，平波电抗器的另一端与换流器连接。
其中，换流器可以为电流源型换流器，二、三电平电压源换流器，或模块化多电平换流器。另外，各通流开关组的上通流开关和下通流开关的公共端与直流电网相连的接口形式有多种，依直流电网内直流母线所接设备的类型而定，其中，与各通流开关组的上通流开关和下通流开关的公共端相连的设备可以都是直流线路，也可以是新能源设备。
本发明一种实施方式还提供了一种基于上述电流转移型高压直流断路器的故障隔离方法。在电网稳定运行情况下未发生故障时，高压直流断路器内的各上通流开关对应的第一隔离开关处于闭合状态，各上通流开关内的IGBT处于开通状态；各下通流开关对应的第二隔离开关处于闭合状态，各下通流开关内的IGBT处于关断状态；断流开关内的各IGBT处于关断状态。故障发生后，隔离步骤如下：
S1：确定需要进行隔离的换流器部和/或直流线路；
S2：开通断流开关内的IGBT，并将所有需要隔离的换流器部和直流线路所相对应的下通流开关内的IGBT开通；
S3：将需要隔离的换流器部和直流线路相对应的上通流开关内的IGBT关断，待流过关断的上通流开关内的IGBT的电流减小至零附近时，将与该上通流开关串联的第一隔离开关断开，并同时跳开与需要隔离的换流器部和直流线路不相对应的所有下通流开关对应的第二隔离开关；
S4：确认步骤S3完成后，将断流开关内的IGBT关断；
S5：确认流过所有需要隔离的换流器部和直流线路的电流为零后，将与其相对应的下通流开关内的IGBT关断，并将该下通流开关对应的第二隔离开关断开，完成故障隔离。
请参考图8和图9，图8为本发明所提供的具有电流转移型高压直流断路器的四端直流输电系统单线结构示意图；图9为图8中A部分的结构示意图。
本实施方式以图8给出的一个含有本发明直流母线装置的四端直流输电系统为例进行说明。其中，该系统包含四个换流站，四个电流转移型高压直流断路器，五条直流线路。在直流电网应用场合，如果直流线路采用的是电缆输电线路，那么，线路发生故障的概率极低，基本不需要考虑直流故障。未来，当直流电网技术向高压大容量方面的发展更加成熟的时候，架空线路方式的多端直流将会成为可能，因此，需要研究架空线路输电方式下的直流故障处理情况。
为了更加清晰地说明在发生故障时，基于本发明所提供的电流转移型高压直流断路器的故障隔离方法。其中，换流站采用双极中性点接地结构，正极和负极母线上均配置了本发明所提供的电流转移型高压直流断路器。对于架空线而言，最容易发生的直流故障就是单极接地故障，其中，图9中配置了F1～F3三种直流侧故障类型。对于本发明的电流转移型高压直流断路器而言，F1～F3故障隔离的方法基本相同，只是动作对象有别。本发明实施例以正极直流线路12上的F1故障为例进行说明。
稳定运行情况下未发生故障时，本发明直流断路器内的上通流开关的隔离开关处于闭合状态，IGBT处于开通状态；下通流开关的隔离开关处于闭合状态，IGBT处于关断状态；断流开关的IGBT处于关断状态。
当故障F1发生时，与正极换流器1相连的正极断路器1和与正极换流器2相连的正极断路器2内的装置都将发生动作来隔离故障F1，两者隔离方法和动作时序相似。下面，以正极断路器1内的装置动作时序为例来进行说明。
当正极直流线路12发生故障F1时，正极断路器1检测到故障电流后，立刻对其断流开关的IGBT施加开通信号，同时对与正极直流线路12相连的下通流开关内的IGBT施加开通信号。随后，对与正极直流线路12相连的上通流开关内的IGBT施加关断信号，待流过上通流开关IGBT的电流减小至零附近时，将与其串联的隔离开关断开，同时，跳开与正极换流器1、正极直流线路13和正极直流线路14相连的三个下通流开关内的隔离开关。待上述隔离开关完全跳开后，对断流开关的IGBT施加关断信号。正极直流线路12上的剩余能量将通过断流开关内的避雷器泄放。当流过正极直流线路12(故障线路)的电流衰减至零后，将与正极直流线路12相连的下通流开关内的IGBT关断，隔离开关断开，至此，直流故障彻底清除、隔离。
综上所述，本发明所提供的电流转移型高压直流断路器，包括多个上通流开关、与上通流开关对应的下通流开关、一条上直流母线、一条下直流母线、多个输入输出端(上通流开关和对应的下通流开关的公共端)和一个断流开关，其中，断流开关包括至少一个相互串联的断流单元，通流开关包括一个隔离开关、一个避雷器和与避雷器并联连接的第一IGBT组或第一半H桥组。本发明能够快速有效地隔离直流故障，与采用传统混合式直流断路器的方案相比，造价成本将有大幅度的降低，尤其是在多端直流输电系统或直流电网中。
以上对本发明所提供一种电流转移型高压直流断路器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电流转移型高压直流断路器，其特征在于，包括：断流开关、上直流母线、下直流母线和n个通流开关组，n为不小于2的整数，
其中，各所述通流开关组的一端与所述上直流母线连接，另一端与所述下直流母线连接，各所述通流开关组包括串联的一上通流开关和一下通流开关，其中x个所述通流开关组的上通流开关和下通流开关的公共端与外界的换流器部连接，其余所述通流开关组的上通流开关和下通流开关的公共端与对应的外接直流线路连接，x为大于0且小于n的整数；
所述断流开关的一端与所述上直流母线连接，另一端与所述下直流母线连接。
2.根据权利要求1所述的电流转移型高压直流断路器，其特征在于，所述上通流开关包括：第一隔离开关、第一避雷器和第一开关管部，其中，所述第一隔离开关的一端与所述上直流母线连接，所述第一隔离开关的另一端与所述第一避雷器的一端连接，所述第一避雷器的另一端与所述下通流开关连接，所述第一开关管部和所述第一避雷器并联；
所述下通流开关包括：第二隔离开关、第二避雷器和第二开关管部，其中，所述第二隔离开关的一端与所述下直流母线连接，所述第二隔离开关的另一端与所述第二避雷器的一端连接，所述第二避雷器的另一端与所述上通流开关连接，所述第二开关管部和所述第二避雷器并联。
3.根据权利要求2所述的电流转移型高压直流断路器，其特征在于，所述第一开关管部包括第一IGBT组，所述第一IGBT组包括m个依次串联的第一IGBT单元，所述第一IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，各所述IGBT的发射极和临近的IGBT的集电极连接，其中，第一个所述第一IGBT单元的IGBT的集电极与所述第一隔离开关连接，第m个所述第一IGBT单元的IGBT的发射极与所述下通流开关连接，m为大于0的整数。
4.根据权利要求2所述的电流转移型高压直流断路器，其特征在于，所述第二开关管部包括第二IGBT组，所述第二IGBT组包括m个依次串联的第二IGBT单元，所述第二IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，各所述IGBT的发射极和临近的IGBT的集电极连接，其中，第一个所述第二IGBT单元的IGBT的集电极与所述上通流开关连接，第m个所述第二IGBT单元的IGBT的发射极与所述第二隔离开关连接，m为大于0的整数。
5.根据权利要求2所述的电流转移型高压直流断路器，其特征在于，所述第一开关管部包括第一半H桥组，所述第一半H桥组包括m个依次串联的第一半H桥电路，所述第一半H桥电路包括第一电容、第三IGBT单元和第四IGBT单元，所述第三IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，所述第四IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，其中，在各第一半H桥电路中，所述第三IGBT单元的IGBT的集电极和所述第四IGBT单元的IGBT的发射极连接，所述第三IGBT单元的IGBT的发射极和所述第一电容的一端连接，所述第四IGBT单元的IGBT的集电极和所述第一电容的另一端连接，
其中，第一个所述第一半H桥电路的第三IGBT单元的IGBT的集电极与所述第一隔离开关连接，第m个所述第一半H桥电路的所述第三IGBT单元的IGBT的发射极与所述下通流开关连接，m为大于0的整数，各所述第三IGBT单元的IGBT依次串联。
6.根据权利要求2所述的电流转移型高压直流断路器，其特征在于，所述第二开关管部包括第二半H桥组，所述第二半H桥组包括m个依次串联的第二半H桥单元，所述第二半H桥单元包括第二电容、第五IGBT单元和第六IGBT单元，所述第五IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，所述第六IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，其中，在各第二半H桥单元中，所述第五IGBT单元的IGBT的集电极和所述第六IGBT单元的IGBT的发射极连接，所述第五IGBT单元的IGBT的发射极和所述第二电容的一端连接，所述第六IGBT单元的IGBT的集电极和所述第二电容的另一端连接，
其中，第一个所述第二半H桥电路的第五IGBT单元的IGBT的集电极与所述上通流开关连接，第m个所述第二半H桥电路的第五IGBT单元的IGBT的发射极与所述第二隔离开关连接，m为大于0的整数，各所述第五IGBT单元的IGBT依次串联。
7.根据权利要求1至6任一项所述的电流转移型高压直流断路器，其特征在于，所述断流开关包括a个相互串联的断流单元，a为不小于1的整数，所述断流单元包括第三避雷器和与所述第三避雷器并联的第三开关管部，其中，所述第三开关管部为第三IGBT组或第三半H桥组，
所述第三IGBT组包括m个依次串联的第七IGBT单元，所述第七IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，各所述IGBT的发射极和临近的IGBT的集电极连接，其中，第一个所述第七IGBT单元的IGBT的集电极与所述上直流母线连接，第m个所述第七IGBT单元的IGBT的发射极与所述下直流母线连接，m为大于0的整数；
所述第三半H桥组包括m个依次串联的第三半H桥电路，所述第三半H桥电路包括第三电容、第八IGBT单元和第九IGBT单元，所述第八IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，所述第九IGBT单元包括一个IGBT和一个与该IGBT反向并联的二极管，其中，在各第三半H桥电路中，所述第八IGBT单元的IGBT的集电极和所述第九IGBT单元的IGBT的发射极连接，所述第八IGBT单元的IGBT的发射极和所述第三电容的一端连接，所述第九IGBT单元的IGBT的集电极和所述第三电容的另一端连接，其中，第一个所述第三半H桥电路的第八IGBT单元的IGBT的集电极与所述上直流母线连接，第m个所述第三半H桥电路的第八IGBT单元的IGBT的发射极与所述下直流母线连接，m为大于0的整数，各所述第八IGBT单元的IGBT依次串联。
8.根据权利要求7所述的电流转移型高压直流断路器，其特征在于，所述换流器部包括换流器和平波电抗器，所述平波电抗器的一端和一个所述通流开关组的上通流开关和下通流开关的公共端连接，所述平波电抗器的另一端与所述换流器连接。
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