CN106487044A - 一种用于高压直流断路器的混合式一体化高位供能方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高压直流断路器的混合式一体化高位供能方法，变频器将工频交流电源转换为10‑90kHz的高频交流电源通过隔离变压器，将能量输送至高电位；隔离变压器通过高压电缆及分布磁环，实现多路电能输出，通过整流稳压电源模块，得到高压电力电子器件驱动所需要的稳定的直流电压，直接向其供电，采用闭环反馈防止后级负载变化引起电压变化，通过调节变频器输出幅值及脉宽，实现电压稳定；或变频器将工频交流电源转换为10‑90kHz的高频交流电源转换为超高速机械开关所需的工频交流电能，向超高速机械开关电磁斥力机构进行供电。本发明提供的技术方案实现高压绝缘隔离，实现能量供给，结构简洁，控制简单。

Description

一种用于高压直流断路器的混合式一体化高位供能方法

技术领域

本发明涉及一种高压直流断路器的供能方法，具体涉及一种用于高压直流断路器的混合式一体化高位供能方法。

背景技术

超高速机械开关和高压电力电子器件是组成高压直流断路器的核心元器件，本专利所述高压直流断路器的结构形式如图1所示，超高速机械开关与高压电力电子电器件串接处于高压电位。其中，超高速机械开关采用电磁斥力机构实现快速分断，而电磁斥力机构需要充电才能正常工作；电力电子器件需要驱动电路，而驱动电路只有在获取能量的条件下，才能够保证可靠工作。电磁斥力机构与超高速机械开关直接连接，处于高电位，驱动电路与高压电力电子器件直接连接，处于高电位上，高电位与地电位不同，致使其不能直接与地面供电系统连接，只能在高电位取能或者通过电气隔离从地电位向其供给能量。在直流线路中，无交变电磁场，直接取能是不可行的，因此需要通过地电位向其供能，称为高位供能，由于此供能方法涉及了机械开关和电子开关，称为一体化供能。高压直流断路器在电力系统中长期运行，为了保证电力系统的可靠性，采用混合式供能方式，即其中一种供能方式发生失效时，由另一种供能方式代为提供能量，实现无缝切换，保证高压直流设备稳定可靠不间断运行。

目前高压直流断路器应用于高电压等级直流输电线路，无法直接在系统中获取能量。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种用于高压直流断路器的混合式一体化高位供能方法。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种用于高压直流断路器的混合式一体化高位供能方法，其改进之处在于，所述高位供能方法采用高位供能系统实现，所述高位供能系统包括向高压直流断路器的超高速机械开关的电磁斥力机构和电力电子器件供能的电磁式供能单元和激光供能单元；

所述电磁式供能单元包括依次连接的交流电源、变频器和隔离变压器，所述隔离变压器一路输出通过电缆通过电缆与n个分布磁环连接，另一路输出与整流逆变装置连接；即隔离变压器次级带有两路负载，每一路都有两个输出端；每个分布磁环与整流稳压模块连接，所述整流稳压模块与驱动电路连接后与高压直流断路器中的电力电子器件连接；所述整流稳压模块通过电压反馈电路将电压返回至变频器；所述隔离变压器的另一端与整流逆变装置连接后与超高速机械开关的电磁斥力机构连接；所述超高速机械开关的电磁斥力机构通过电压反馈电路将电压返回至整流逆变装置；

所述电磁式供能单元的高位供能方法包括下述步骤：

(1)变频器将工频交流电源转换为高频交流电源；

(2)高频交流电源通过隔离变压器后将能量输送至高电位；

(3)隔离变压器通过电缆和n个分布磁环，实现多路电能输出；

(4)n个分布磁环通过整流稳压电源模块，得到电力电子器件驱动电路所需要的稳定的直流电压，向电力电子器件提供控制和保护；

(5)采用电压反馈电路的闭环反馈防止后级负载变化引起电压变化，并通过调节变频器输出幅值及脉宽，实现电压稳定。

进一步地，所述激光供能单元包括并联的供能支路；每路供能支路包括激光电源，所述激光电源通过光纤与光电转换装置连接，所述光电转换装置与调压稳压模块连接；所述调压稳压模块与电力电子器件的驱动电路连接；

所述激光供能单元的高位供能方法包括下述步骤：

1)变频器将工频交流电源转换为高频交流电源；

2)隔离变压器的输出连接至整流逆变装置，将高频交流电源转换为超高速机械开关所需的工频交流电能，向超高速机械开关的电磁斥力机构进行供电；

3)采用电压反馈电路闭环反馈，当超高速机械开关的电磁斥力机构负载功率变化时，调节整流逆变装置输出功率，满足负载需求。

进一步地，所述高频交流电源的频率为10-90kHz；电压为100-400kV。

进一步地，所述隔离变压器采用两路并联输出一路用于隔离高电压和传送能量，并通过电缆和n个分布磁环，实现多路电能输出；n个分布磁环通过整流稳压电源模块，得到电力电子器件驱动电路所需要的稳定的直流电压，向电力电子器件供电；采用电压反馈电路的闭环反馈防止后级负载变化引起电压变化，并通过调节变频器输出幅值及脉宽，实现电压稳定；

所述高电压为100-400kV；所述高频为10-90kHz；

所述隔离变压器的另一路输出至整流逆变装置，将10-90kHz的高频交流电源转换为超高速机械开关所需的工频交流电能，向超高速机械开关的电磁斥力机构进行供电，并采用电压反馈电路闭环反馈，当超高速机械开关的电磁斥力机构负载功率变化时，调节整流逆变装置输出功率，满足负载需求。

进一步地，所述电磁式供能单元的高位供能方法和激光供能单元的高位供能方法互为备用，所述电磁式供能单元的高位供能方法作为主供能方式，所述激光供能单元的高位供能方法作为后备保护方式，在主供能方式失效的情况下，后备保护方式投入使用。

本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

1、本发明提供的高位供能方法能满足高压电气隔离条件。

2、本发明提供的高位供能方法能够满足高电位上不同电位处的电气隔离条件。

3、本发明提供的高位供能方法能够同时向机械开关和电力电子器件供能，有效缩小装置体积，结构简单，功能全面。

4、本发明提供的高电位混合式供能方式采用高频技术和光电技术，控制简单，运行可靠。

附图说明

图1是本发明提供的高压直流断路器拓扑结构示意图；

图2是本发明提供的高压直流断路器用混合式一体化供能系统拓扑结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

本发明提供一种用于高压直流断路器的混合式一体化高位供能方法，其中高压直流断路器拓扑结构示意图如图1所示，高压直流断路器包括连接成闭合通路的至少一个电力电子器件和超高速机械开关，所述超高速机械开关包括电磁斥力机构；高位供能方法采用高位供能系统实现，高位供能系统拓扑结构图如图2所示，包括向超高速机械开关的电磁斥力机构和电力电子器件供能的电磁式供能单元和激光供能单元。

所述电磁式供能单元包括依次连接的交流电源、变频器和隔离变压器，所述隔离变压器一路输出通过电缆通过电缆与n个分布磁环连接，另一路输出与整流逆变装置连接；即隔离变压器次级带有两路负载，每一路都有两个输出端；每个分布磁环与整流稳压模块连接，所述整流稳压模块与驱动电路连接后与高压直流断路器中的电力电子器件连接；所述整流稳压模块通过电压反馈电路将电压返回至变频器；所述隔离变压器的另一路与整流逆变装置连接后与超高速机械开关的电磁斥力机构连接；所述超高速机械开关的电磁斥力机构通过电压反馈电路将电压返回至整流逆变装置。

使用变频器将工频交流电源转换为10-90kHz的高频交流电源，后级使用高频隔离变压器，将能量输送至高电位；变压器用来隔离高电压，传送能量，通过高压电缆及分布磁环，实现多路电能输出，通过整流稳压电源模块，可得到高压电力电子器件驱动所需要的稳定的直流电压，直接向其供电。为了防止后级负载变化引起电压变化，采用闭环反馈，通过调节变频器输出幅值及脉宽，实现电压稳定。整流稳压模块包括半导体整流器件和稳压器件，半导体整流器件将交流电压转化为直流电压，输出至连接的稳压器件；

驱动电路用于向电力电子器件提供触发与保护，整流稳压模块的稳压器件输出稳定电压向驱动电路供电。

同时，隔离变压器采用并联输出，此路输出整流逆变装置，将10-90kHz的高频交流电能转换为超高速机械开关所需的工频交流电能，向超高速机械开关电磁斥力机构进行供电，并采用闭环反馈，当电磁斥力机构负载功率变化时，调节整流逆变装置输出功率，满足负载需求。

激光供能单元包括并联的供能支路；每路供能支路包括激光电源，所述激光电源通过光纤与光电转换装置连接，所述光电转换装置与调压稳压模块连接；所述调压稳压模块与电力电子器件的驱动电路连接。

使用激光电源，产生光能，通过光纤输送至光电转换装置，电源模块将光电转换装置输出的电压经过变换，以满足后级负载所需。本文中提及的高压直流断路器中每一个高压电力电子器件驱动所需功率为几瓦，而单路激光供能所能供给的能量小于1W，因此需要几路激光供能并联才能满足要求。

此结构既能够向超高速机械开关电磁斥力机构进行供能，又能够向高压电力电子器件驱动电路进行供能，通过一个隔离变压器满足高电位平台的不同负载的能量需求。同时能保证一种供能系统失效时，另一种供能系统及时补给，两种供能方式通过逻辑控制，互为备用，隔离变压器供能作为主要方式，激光供能作为后备保护方式，在主要方式失效的情况下，投入使用，确保可靠有效稳定运行。

本发明提供的高压直流断路器用混合式一体化供能方法，实现高压绝缘隔离，实现能量供给，结构简洁，控制简单。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于高压直流断路器的混合式一体化高位供能方法，其特征在于，所述高位供能方法采用高位供能系统实现，所述高位供能系统包括向高压直流断路器的超高速机械开关的电磁斥力机构和电力电子器件供能的电磁式供能单元和激光供能单元；

所述电磁式供能单元包括依次连接的交流电源、变频器和隔离变压器；所述电磁式供能单元包括依次连接的交流电源、变频器和隔离变压器，所述隔离变压器一路输出通过电缆通过电缆与n个分布磁环连接，另一路输出与整流逆变装置连接；即隔离变压器次级带有两路负载，每一路都有两个输出端；每个分布磁环与整流稳压模块连接，所述整流稳压模块与驱动电路连接后与高压直流断路器中的电力电子器件连接；所述整流稳压模块通过电压反馈电路将电压返回至变频器；所述隔离变压器的另一路与整流逆变装置连接后与超高速机械开关的电磁斥力机构连接；所述超高速机械开关的电磁斥力机构通过电压反馈电路将电压返回至整流逆变装置；

所述电磁式供能单元的高位供能方法包括下述步骤：

(1)变频器将工频交流电源转换为高频交流电源；

(2)高频交流电源通过隔离变压器后将能量输送至高电位；

(3)隔离变压器通过电缆和n个分布磁环，实现多路电能输出；

(4)n个分布磁环通过整流稳压电源模块，得到电力电子器件驱动电路所需要的稳定的直流电压，向电力电子器件提供控制和保护；

(5)采用电压反馈电路的闭环反馈防止后级负载变化引起电压变化，并通过调节变频器输出幅值及脉宽，实现电压稳定。

2.如权利要求1所述的高位供能方法，其特征在于，所述激光供能单元包括并联的供能支路；每路供能支路包括激光电源，所述激光电源通过光纤与光电转换装置连接，所述光电转换装置与调压稳压模块连接；所述调压稳压模块与电力电子器件的驱动电路连接；

所述激光供能单元的高位供能方法包括下述步骤：

1)变频器将工频交流电源转换为高频交流电源；

2)隔离变压器的输出连接至整流逆变装置，将高频交流电源转换为超高速机械开关所需的工频交流电能，向超高速机械开关的电磁斥力机构进行供电；

3)采用电压反馈电路闭环反馈，当超高速机械开关的电磁斥力机构负载功率变化时，调节整流逆变装置输出功率，满足负载需求。

3.如权利要求1-2中任一项所述的高位供能方法，其特征在于，所述高频交流电源的频率为10-90kHz；电压为100-400kV。

4.如权利要求1所述的高位供能方法，其特征在于，所述隔离变压器采用两路并联输出一路用于隔离高电压和传送能量，并通过电缆和n个分布磁环，实现多路电能输出；n个分布磁环通过整流稳压电源模块，得到电力电子器件驱动电路所需要的稳定的直流电压，向电力电子器件供电；采用电压反馈电路的闭环反馈防止后级负载变化引起电压变化，并通过调节变频器输出幅值及脉宽，实现电压稳定；

所述高电压为100-400kV；所述高频为10-90kHz；

所述隔离变压器的另一路输出至整流逆变装置，将10-90kHz的高频交流电源转换为超高速机械开关所需的工频交流电能，向超高速机械开关的电磁斥力机构进行供电，并采用电压反馈电路闭环反馈，当超高速机械开关的电磁斥力机构负载功率变化时，调节整流逆变装置输出功率，满足负载需求。

5.如权利要求1所述的高位供能方法，其特征在于，所述电磁式供能单元的高位供能方法和激光供能单元的高位供能方法互为备用，所述电磁式供能单元的高位供能方法作为主供能方式，所述激光供能单元的高位供能方法作为后备保护方式，在主供能方式失效的情况下，后备保护方式投入使用。