CN106300296A - 一种主动短路式高压直流断路器 - Google Patents

一种主动短路式高压直流断路器 Download PDF

Info

Publication number
CN106300296A
CN106300296A CN201610809219.5A CN201610809219A CN106300296A CN 106300296 A CN106300296 A CN 106300296A CN 201610809219 A CN201610809219 A CN 201610809219A CN 106300296 A CN106300296 A CN 106300296A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
short
breaking units
actively
high voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610809219.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106300296B (zh
Inventor
赵成勇
李帅
许建中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN201610809219.5A priority Critical patent/CN106300296B/zh
Publication of CN106300296A publication Critical patent/CN106300296A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106300296B publication Critical patent/CN106300296B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/261—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations
    • H02H7/262—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations involving transmissions of switching or blocking orders
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/268—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for dc systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection

Landscapes

  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

本发明涉及一种主动短路式高压直流断路器，属于高压、超高压直流输电技术领域；该主动短路式高压直流断路器包含主动短路单元、断路单元、能量吸收回路，其中主动短路单元由改进结构的换流站组成；断路单元包括超快速机械开关、电流转移开关、金属氧化物避雷器；能量吸收回路由晶闸管与金属氧化物避雷器组成；该主动短路式高压直流断路器在正常运行的时候，其主动短路单元作为换流站运行，断路单元串联于线路中，能量吸收回路一端与该路相连，另一端根据单双极运行方式选择与线路的负极或大地相连；在故障时通过协同控制主动短路单元、断路单元、能量吸收回路实现故障的清除与隔离。

Description

一种主动短路式高压直流断路器
技术领域
本发明涉及一种主动短路式高压直流断路器，属于高压、特高压直流输电领域。
背景技术
高压、特高压直流输电由于诸多优点，得到了越来越多的重视，未来的多端直流输电以由此构建的直流电网成为了趋势，而高压直流输电的电流没有过零点，不能像交流输电那样利用过零点灭弧，给直流断路器的实现带来了很大的困难，目前的实现方法分为以下几种：基于叠加振荡电流产生电流过零点，进而实现电流分断，缺点是关断延迟过长，关断电流有限；直流线路增加逆变-整流环节，在逆变后的交流侧用交流断路器切断电流，缺点是关断延迟大，要等到电流过零点才能关断，且损耗大、造价昂贵；用大量的电力电子器件串联，上面并联避雷器，在正常工作时电流流过阻抗较低的支路，起到降低损耗的作用，在关断时先将电流转移到电力电子支路，然后将隔离开关打开，再用电力电子器件进行关断，用避雷器吸收故障能量。缺点是关断电流有限，而且关断时要先将电流转移到电力电子支路，还要等待隔离开关完全打开，从一定程度上加大了关断延迟。对于高压或特高压领域的直流断路器的开发依然有很多问题亟待解决，研制适用于高电压、大电流场合的直流断路器已经成为了迫切需要。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种主动短路式高压直流断路器。
本发明的目的在于克服当前高压直流断路器电压等级较低，关断延迟较大，造价过高的缺点。
本发明所采用的技术方案是：在正常运行的时候，主动短路单元作为换流站运行，与换流站功能相同，断路单元闭合连接在线路中，能量吸收回路断开，不影响系统的正常运行；在系统出现故障时，触发主动短路单元内相应的全控型器件以实现直流正负极短路，然后将断路单元内的全控型器件闭锁，同时触发能量吸收回路的半控型器件，随着该路电流降为零，分断快速机械开关，随着快速机械开关成功打开，故障得以清除，主动短路单元停止主动短路操作并恢复换流站的功能。
与现有技术相比，本发明具有的优势为：
1、关断延迟小，由于机械开关速度较慢，至少需要2ms，传统混合式断路器中的电力电子断流电路并联在机械开关支路上，需要待机械开关完全打开才能闭锁电力电子断流电路，随后还有能量吸收回路的吸能过程；而该断路器的快速机械开关没有并联支路，在故障时，执行主动短路操作、电流转移操作之后即可分断快速机械开关，快速机械开关打开之后故障便得到清除，降低了关断延迟。
2、成本低，将当前工程应用的换流站附加一些电路即可改造成主动短路单元，正常运行时不影响其作为换流站的功能；每条线路上不再像混合式断路器一样串联大量的全控型器件，节省了造价。
3、运行经济，由于混合式断路器配置的大量串联的全控型器件以及能量吸收回路在线路正常运行时处于闲置状态，而该方案只有能量吸收回路在正常运行时处于闲置状态，其中主动短路单元在正常时可以作为换流站使用，提高了利用率。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1示出了一种主动短路式高压直流断路器示意图，该图为断路器在双极工况下的应用；
图2示出了主动短路单元示意图，图中虚线框5表示在换流站基础上每相附加至少两个全控型器件反向串联组成的电路；
图3示出了断路单元示意图，由隔离开关6、金属氧化物避雷器7、反向串联的全控型器件8组成；
图4示出了能量吸收回路示意图，由反向并联的半控型器件9、金属氧化物避雷器10组成；
图5示出了该断路器在单极工况下的结构，11为主动短路单元，12为断路单元、13为能量吸收回路，14为限流电抗。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，所述主动短路式高压直流断路器包括：主动短路单元1、断路单元2、能量吸收回路3，限流电抗器4；其中主动短路单元如图2所示，断路单元如图3所示，能量吸收回路如图4所示；
在正常运行时主动短路单元虚线框5内的全控型器件闭锁，按照换流站控制策略进行控制，与换流站功能相同；断路单元快速机械开关6闭合、虚线框8内的所有全控型器件导通，该单元正常流过直流电流；能量吸收回路中虚线框9内的半控型器件闭锁；
线路出现短路故障时，触发主动短路单元内相应的全控型器件，随后触发能量吸收回路虚线框9内的所有半控型器件的同时闭锁断路单元虚线框8内的所有全控型器件，当电流降为零时断开快速机械开关6，待6完全打开，短路故障即得以清除，如果是单端或双端系统中，将主动短路单元内的所有全控型器件闭锁；在多端直流或直流电网系统中，重新将主动短路单元作为换流站运行。
单极工况下的主动短路式高压直流断路器如图5所示。该工况下正常运行、故障清除操作与双极工况下的操作相同。
最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (7)

1.一种主动短路式高压直流断路器，其特征在于：包括主动短路单元（1）、断路单元（2）、能量吸收回路（3）；其中主动短路单元包括全控型器件（IGBT、IGCT等）、二极管、桥臂电感、导线等；断路单元包括快速机械开关、全控型器件、金属氧化物避雷器、二极管等；能量吸收回路包含半控型器件（晶闸管）、金属氧化物避雷器等。
2.根据权利要求1所述的一种主动短路式高压直流断路器，其特征在于：其主动短路单元的组成结构为：在普通换流站的桥臂电感处增加了反向串联的IGBT及二极管电路，换流站采用半桥MMC、全桥MMC、半全桥混合MMC等拓扑，正常运行时该电路截止，主动短路单元作为换流站运行，与换流站的功能一样，故障时作为主动短路单元使用。
3.根据权利要求1所述的一种主动短路式高压直流断路器，其特征在于：断路单元由快速机械开关、全控型器件单元、金属氧化物避雷器组成，其中全控型器件单元包括至少两组反向串联的全控型器件及二极管；断路单元位于主动短路单元与能量吸收回路之间。
4.根据权利要求1所述的一种主动短路式高压直流断路器，其特征在于：能量吸收回路由半控型器件单元与金属氧化物避雷器单元串联组成，其中半控型器件单元包括至少两组串联的反并联器件。
5.根据权利要求1所述的一种主动短路式高压直流断路器，其特征在于：应用在单端或双端直流输电系统中时，单极运行工况下每端包含一个主动短路单元、一个断路单元、一条能量吸收回路；双极运行时每端包含一个主动短路单元、两个断路单元（每极的线路各串联一个）、一条能量吸收回路（两端分别连接在正负极上，位于断路单元之后）。
6.根据权利要求1所述的一种主动短路式高压直流断路器，其特征在于：应用在多端或直流电网系统中时，每个换流站都作为主动短路单元运行，与直流侧母线相连的所有线路都共用这一个主动短路单元，单极运行工况下与直流侧母线相连的每条线路都配置有一个断路单元、一条能量吸收回路，其中断路单元直接串联在线路中，能量吸收回路一端接在断路单元后侧（离直流母线较断路单元远），另一端接地；双极运行时与每一极直流侧母线相连的每条线路都配置有一个断路单元，该单元直接串联在线路中，每一条回路的正负极线路共用一条能量吸收回路，该回路一端接在该极的断路单元后侧（离直流母线较断路单元远），另一端接在另一极的断路单元后侧（离直流母线较断路单元远）。
7.根据权利要求1所述的一种主动短路式高压直流断路器，其特征在于：在线路出现短路故障时，有两种主动短路方案，方案一：导通主动短路单元内三个相单元的相应全控型器件以及桥臂电感上附加的所有全控型器件，以半桥MMC子模块组成的主动短路单元为例，触发全部能使该子模块旁路的全控型器件，以实现直流侧短路；方案二：根据此刻交流侧瞬时电压，闭锁交流电压较高的相单元内所有全控型器件，主动短路其余一相或两相，相单元内部的短路策略与方案一相同。
CN201610809219.5A 2016-09-08 2016-09-08 一种主动短路式高压直流断路器 Active CN106300296B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610809219.5A CN106300296B (zh) 2016-09-08 2016-09-08 一种主动短路式高压直流断路器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610809219.5A CN106300296B (zh) 2016-09-08 2016-09-08 一种主动短路式高压直流断路器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106300296A true CN106300296A (zh) 2017-01-04
CN106300296B CN106300296B (zh) 2019-01-25

Family

ID=57709824

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610809219.5A Active CN106300296B (zh) 2016-09-08 2016-09-08 一种主动短路式高压直流断路器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106300296B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106953305A (zh) * 2017-04-18 2017-07-14 浙江大学 一种具有直流潮流控制能力的组合式高压直流断路器及其控制策略
CN107516876A (zh) * 2017-08-07 2017-12-26 上海科梁信息工程股份有限公司 一种应用于柔性直流输电的直流断路装置
CN109390920A (zh) * 2017-08-03 2019-02-26 华北电力大学 一种新型具备线路故障隔离能力的dc-dc变换器
CN109659911A (zh) * 2018-12-13 2019-04-19 华北电力大学 一种适用于多端直流和直流电网的故障自清除mmc拓扑
CN109713650A (zh) * 2018-12-13 2019-05-03 华北电力大学 一种适用于架空线型直流电网的低成本直流断路器
CN110048376A (zh) * 2018-12-13 2019-07-23 华北电力大学 一种适用于直流电网的故障自清除mmc拓扑
CN111682788A (zh) * 2020-08-13 2020-09-18 山东晨宇电气股份有限公司 具有故障阻断能力的电流主动转移型mmc电力电子变压器
CN114629098A (zh) * 2022-02-23 2022-06-14 中国科学院电工研究所 基于分段式无间隙避雷器的固态开关及其利用率提升方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103337851A (zh) * 2013-07-04 2013-10-02 国家电网公司 一种半控型有源注入电流式高压直流断路器及其实现方法
CN204681065U (zh) * 2015-04-23 2015-09-30 许继电气股份有限公司 一种直流断路器
CN104979795A (zh) * 2014-04-08 2015-10-14 国家电网公司 一种无源型高压直流断路器及其实现方法
US20160006236A1 (en) * 2013-02-27 2016-01-07 State Grid Corporation Of China A direct current circuit breaker and its implementation
CN105281303A (zh) * 2015-10-14 2016-01-27 南京南瑞继保电气有限公司 一种混合式高压直流断路器及其实现方法
CN105356411A (zh) * 2015-11-10 2016-02-24 南京南瑞继保电气有限公司 一种桥式电路、高压直流断路器及其控制方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160006236A1 (en) * 2013-02-27 2016-01-07 State Grid Corporation Of China A direct current circuit breaker and its implementation
CN103337851A (zh) * 2013-07-04 2013-10-02 国家电网公司 一种半控型有源注入电流式高压直流断路器及其实现方法
CN104979795A (zh) * 2014-04-08 2015-10-14 国家电网公司 一种无源型高压直流断路器及其实现方法
CN204681065U (zh) * 2015-04-23 2015-09-30 许继电气股份有限公司 一种直流断路器
CN105281303A (zh) * 2015-10-14 2016-01-27 南京南瑞继保电气有限公司 一种混合式高压直流断路器及其实现方法
CN105356411A (zh) * 2015-11-10 2016-02-24 南京南瑞继保电气有限公司 一种桥式电路、高压直流断路器及其控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
向往等: "一种能够阻断直流故障电流的新型子模块拓扑及混合型模块化多电平换流器", 《中国电机工程学报》 *
吴亚楠等: "基于架空线的直流电网保护方案研究", 《中国电机工程学报》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106953305A (zh) * 2017-04-18 2017-07-14 浙江大学 一种具有直流潮流控制能力的组合式高压直流断路器及其控制策略
CN106953305B (zh) * 2017-04-18 2019-01-29 浙江大学 一种具有直流潮流控制能力的组合式高压直流断路器及其控制策略
CN109390920A (zh) * 2017-08-03 2019-02-26 华北电力大学 一种新型具备线路故障隔离能力的dc-dc变换器
CN107516876A (zh) * 2017-08-07 2017-12-26 上海科梁信息工程股份有限公司 一种应用于柔性直流输电的直流断路装置
CN109659911A (zh) * 2018-12-13 2019-04-19 华北电力大学 一种适用于多端直流和直流电网的故障自清除mmc拓扑
CN109713650A (zh) * 2018-12-13 2019-05-03 华北电力大学 一种适用于架空线型直流电网的低成本直流断路器
CN110048376A (zh) * 2018-12-13 2019-07-23 华北电力大学 一种适用于直流电网的故障自清除mmc拓扑
CN111682788A (zh) * 2020-08-13 2020-09-18 山东晨宇电气股份有限公司 具有故障阻断能力的电流主动转移型mmc电力电子变压器
CN111682788B (zh) * 2020-08-13 2020-12-08 山东晨宇电气股份有限公司 具有故障阻断能力的电流主动转移型mmc电力电子变压器
CN114629098A (zh) * 2022-02-23 2022-06-14 中国科学院电工研究所 基于分段式无间隙避雷器的固态开关及其利用率提升方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106300296B (zh) 2019-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106300296A (zh) 一种主动短路式高压直流断路器
CN103178486B (zh) 一种直流断路器及其开断方法
EP3490091B1 (en) Novel combined dc circuit breaker and application method therefor
CN105281303B (zh) 一种混合式高压直流断路器及其实现方法
WO2017181927A1 (zh) 一种直流电流关断装置及其控制方法
WO2015154537A1 (zh) 一种无源型高压直流断路器及其实现方法
CN107276045B (zh) 一种混合直流限流断路器
WO2017080354A1 (zh) 一种带耦合电抗器的高压直流断路器
CN103280763A (zh) 一种直流断路器及其实现方法
CN104578865A (zh) 一种三电平四桥臂t型容错变流器及其控制方法
CN105609344A (zh) 一种混合式直流断路器拓扑结构
CN107863761B (zh) 一种带饱和电抗器的高压直流断路器
CN204681065U (zh) 一种直流断路器
WO2015024509A1 (zh) 一种高压大电流直流断路器及其控制方法
CN105896488A (zh) 一种基于组合式高压直流断路器的柔性直流电网的短路故障处理方法
CN110048376A (zh) 一种适用于直流电网的故障自清除mmc拓扑
CN103632895A (zh) 一种直流断路器
CN107769369A (zh) 一种基于耦合负压电路的混合式开关
CN107154322A (zh) 一种低损耗混合式高压直流断路器
CN103646805A (zh) 一种直流断路器拓扑
CN203166459U (zh) 一种直流断路器
CN110299700A (zh) 一种机电混合式直流断路器及其控制方法
CN107359644A (zh) 一种微网接口拓扑装置
CN105071675B (zh) 一种混合型功率开关及其在柔性直流输电换流器中的应用
CN105958806A (zh) 一种基于mmc电路拓扑的高压子模块

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant