CN106877289A - 一种直流微网混合式零电压开关直流断路器 - Google Patents

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Abstract

一种直流微网混合式零电压开关直流断路器，包括混合式ZVS直流断路器、真空断路器、IGBT并联电路和限压电路四个部分。所述真空断路器包括真空灭弧室，传动装置，斥力装置和永磁保持装置4部分。混合式直流断路器合闸过程可以微秒级完成，分闸时间主要受控制快速斥力真空开关与IGBT关断的配合时间和真空开关响应时间的影响，得到了混合直流断路器最佳配合控制，即在完成从真空开关到IGBT的电流转移立即关断IGBT。

Description

一种直流微网混合式零电压开关直流断路器
技术领域
本发明涉及一种直流断路器，尤其涉及一种直流微网混合式零电压开关直流断路器。
背景技术
随着太阳能发电，燃料电池，风力发电等分布式电源(DER)的技术发展以及环境保护的需求，分布式发电技术受到越来越多的重视与应用。微网形式特别是直流微网系统可以克服DER单机运行介入成本高，容量小，运行不安全可靠，灵活性差，效能低等缺点。目前对直流微网的系统控制和并网研究较多，但对直流微网的保护，特别是用于直流微网的快速保护直流开关研究较少。
混合式开关技术是电力电子技术与机械开关并联构成的开关技术，综合了机械开关通流能力强、开关技术成熟和电力电子开关动作速度快、控制可靠、可以实现软开断的优点，克服了机械开关的动作时间长、电弧烧损触头、对系统干扰大和电力电子开关的通流能力较弱，发热严重，需要配套冷却装置等缺点，是未来低压直流断路器的发展方向。
混合直流断路器成为了国内外研究的热点，但目前研究的直流断路器主要用于转换开关，开断能力有限，无法满足故障保护的要求。而且所采用的快速机械开关的速度制约了混合断路器的开断时间。
发明内容
为了克服直流断路器开断能力和故障保护方面存在的难题，本发明提出一种直流微网混合式零电压开关直流断路器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明采用基于快速斥力机构的真空开关和IGBTs开断单元并联，快速开关响应速度快(0.5 ms)，整机开断2 ms 之内完成。
一种直流微网混合式零电压开关直流断路器，包括混合式ZVS直流断路器、真空断路器、IGBT并联电路和限压电路四个部分。
所述混合式ZVS 直流断路器由高速真空开关、IGBTs 串联模块，RCD 缓冲电路和ZnO 避雷器组成。
所述真空断路器包括真空灭弧室，传动装置，斥力装置和永磁保持装置4部分。
所述IGBT并联电路能够实现并联均流和并联同步动态控制。
所述限压电路利用 RCD 缓冲电路设计限制电流上升率，利用ZnO避雷器实现过压限制，并将直流系统在开断过程的储存的能量消耗完。
本发明的有益效果是：混合式直流断路器合闸过程可以微秒级完成，分闸时间主要受控制快速斥力真空开关与IGBT 关断的配合时间和真空开关响应时间的影响，得到了混合直流断路器最佳配合控制，即在完成从真空开关到IGBT 的电流转移立即关断IGBT。
附图说明
图1为混合式ZVS直流断路器图。
图2为混合式ZVS直流断路器控制系统图。
具体实施方式
图1中，HSVCB 是基于快速斥力机构构成的高速真空开关，其额定电压、电流为1140kV、1600A。PEIU是IGBTs 开断单元，包括IGBTs 串联模块，RCD 缓冲电路和ZnO避雷器。IGBT模块选用FZ1200R17HP4_B2，额定电压1700 V，额定电流1200 A，1 ms 冲击电流2 400 A。每路IGBTs 的开断最大电流为2 400 A，ZnO 避雷器，保护电压500V，最大耐受电流25 kA。
混合式ZVS 直流断路器的控制系统主要包括状态检测、电流电压检测、IGBTs 驱动电路、同步控制电路、斥力机构驱动电路、主控制器、远程通信和系统控制信号等构成。
图2中各部分主要功能如下：1) 支路电流检测，根据合分闸动态电流转移过程进行快速斥力真空开关和IGBTs 的最佳配合控制。
2) 对开关状态、温度、操动电压，ZnO避雷器泄露电流进行在线监测，及时发现断路器隐患，为维护、检修提供参考依据。
3) 采用直流微网短路故障预测算法，实现直流微网短路故障预测，实现短路故障限流开断，提高断路器的开断容量，减少IGBTs 并联单元数量，降低成本，提高可靠性。
4) 设计远程通信与系统控制信号接口，为其应用于直流微网系统保护提供保障。
快速真空开关包括真空灭弧室，传动装置，斥力装置和永磁保持装置4部分构成，斥力驱动装置和永磁保持装置组成快速操动机构。真空灭弧室采用额定1140 V、电流1600 A 的CKJ7 型号，额定开距5 mm。
本发明采用在IGBTs 并联之路中串入小电感来得到更好的均流效果，但注意小电感的串入可能会增加动态开断过程中电压上升率。采用IGBTs并联ZnO 避雷器构成IGBTs 开断单元，每路IGBTs的电流小于2400 A，因此ZnO 避雷器残压不会大于1 kV，远低于IGBTs 的耐压水平1600V。
图2中，缓冲电路主要由二极管Dl、电阻R及电容C 构成。缓冲电路主要用于当IGBTs 关断时，吸收线路电感上的能量，同时降低IGBT 器件两端电压上升率，减小器件关断时刻电流与电压的重合度，从而保证固态开关工作在软关断状态，减少了IGBTs 器件的开关损耗。避雷器用于吸收IGBTs 关断后的过压，当电压超过避雷器参考电压后，避雷器动作，电流转移到避雷器中。

Claims (5)

1.一种直流微网混合式零电压开关直流断路器，其特征在于：包括混合式ZVS直流断路器、真空断路器、IGBT并联电路和限压电路四个部分。
2.如权利要求1所述的直流微网混合式零电压开关直流断路器，其特征在于所述混合式ZVS 直流断路器由高速真空开关、IGBTs 串联模块，RCD 缓冲电路和ZnO 避雷器组成。
3.如权利要求1所述的直流微网混合式零电压开关直流断路器，其特征在于所述真空断路器包括真空灭弧室，传动装置，斥力装置和永磁保持装置4部分。
4.如权利要求1所述的直流微网混合式零电压开关直流断路器，其特征在于所述IGBT并联电路能够实现并联均流和并联同步动态控制。
5.如权利要求1所述的直流微网混合式零电压开关直流断路器，其特征在于所述限压电路利用 RCD 缓冲电路设计限制电流上升率，利用ZnO避雷器实现过压限制，并将直流系统在开断过程的储存的能量消耗完。
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