CN110336253B - 一种多端口混合式直流断路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多端口混合式直流断路器，包括：至少一条通流主支路；至少一组开关控制支路；充放电储能器件，其第一端与每组开关控制支路的输入端连接，其第二端与每组开关控制支路的输出端连接；其中，通过导通或关断每组开关控制支路中的第一开关器件或第二开关器件，本发明通过控制开关控制支路的导通或关断，使充放电储能器件与每组开关控制支路中的第一开关器件或第二开关器件形成充电回路或放电回路，在充电回路充电的过程中，流过充电回路的第一电流减小，在放电回路放电的过程中，流过放电回路的第二电流增加，不但可以实现对输电线路的断路控制，还可以实现对输电线路的潮流控制，无需单独配置潮流控制器，减少了电力支出成本。

Description

一种多端口混合式直流断路器

技术领域

本发明涉及直流断路器技术领域，具体涉及一种多端口混合式直流断路器。

背景技术

随着直流电网的快速发展，发展直流电网对大规模电能的远距离输送、可再生分布式能源接入、提高电能稳定性具有重大的意义。作为直流电网的关键组成部分，直流断路器起到关合、承载和开断正常回路条件下的电流、转换系统运行方式以及切断故障电流对系统实行保护等重要作用，是建设直流电网的重要设备之一。近年来随着高压直流输电网以及直流配电系统提出，中高压直流断路器以及其相应的开断方法研究也受到了国内外越来越多的关注。因此，直流断路器也是发展直流电网的关键设备。

目前常用的直流断路器包括：传统机械式直流断路器、全固态直流断路器和混合式直流断路器，其中：传统机械式直流断路器损耗低而开断速度慢；全固态直流断路器开断速度快而损耗大；而混合式直流断路器结合了两者的优点，在中高压直流电网成为广泛使用的断路设备。随着直流电网的不同需求越来越多，在混合式直流断路器的基础上进一步提出了将多条故障支路连接一起，以实现在保证快速开端直流故障电流的同时减少电力电气器件使用个数的目的，因此，新出现的多端口混合式直流断路器越来越受欢迎。

目前，现有技术中的多端口混合式直流断路器，虽然，实现了将多条故障支路连接在一起进行故障切换，即实现了断路器件的复用，减少了断路器的设计成本，但是在直流输电线路工作的过程中，线路电流会出现不稳定的状态，为了调节该多端口混合式直流断路器所在不同支路中的潮流大小，需要安装多个潮流控制器进行配合使用，显然，这将导致电力成本进一步增加。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服调节多端口混合式直流断路器所在不同支路中的潮流大小，需要安装多个潮流控制器进行配合使用，极大增加了电力成本的缺陷，从而提供一种多端口混合式直流断路器。

第一方面，本发明实施例提供了一种多端口混合式直流断路器，包括：至少一条通流主支路，每条通流主支路的输入端连接直流母线，每条通流主支路的输出端连接与其对应的接线端口；至少一组开关控制支路，每组开关控制支路与其对应的每条通流主支路连接，每组开关控制支路分别包括第一开关器件和第二开关器件，充放电储能器件，其第一端与每组开关控制支路的输入端连接，其第二端与每组开关控制支路的输出端连接；其中，通过导通或关断每组开关控制支路中的第一开关器件或第二开关器件，每组开关控制支路中的第一开关器件或第二开关器件与充放电储能器件构成充电回路或放电回路，在充电回路充电的过程中，流过充电回路的第一电流减小，在放电回路放电的过程中，流过放电回路的第二电流增加。

本发明实施例所具备的有益效果是，通过控制开关控制支路的导通与截止，使得充放电储能器件在不同主支路当中，在可实现多个断路器功能的同时实现对线路的潮流控制，无需单独配置潮流控制器，减少了电力支出成本。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，故障转移支路，与充放电储能器件并联连接。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，故障转移支路还包括：全桥电路和/或半桥电路，全桥电路和/或半桥电路并联连接充放电储能器件。

本发明实施例所具备的有益效果是，增加故障转移支路，使得发生直流故障时更易切断故障电流。

结合第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中,缓冲支路，与故障转移支路并联连接。

本发明实施例所具备的有益效果是，缓冲支路可以防止在电流上升速率过快时烧坏器件，对多端口混合式直流断路器整体起到保护作用。

结合第一方面，在第一方面第四实施方式中，每条通流主支路还包括：串联连接的机械开关和电力电子开关。

本发明实施例所具备的有益效果是，采用机械开关和电力电子开关串联的混合开关，可以实现故障电流快速、无弧分断的能力。

结合第一方面，在第一方面第五实施方式中，每组开关控制支路中的第一开关器件的第一端与每组开关控制支路中的第二开关器件的第二端连接。

结合第一方面第五实施方式，在第一方面第六实施方式中，每条通流主支路与其对应的每组开关控制支路中的第一开关器件的第一端和第二开关器件的第二端连接。

结合第一方面第六实施方式，在第一方面第七实施方式中，每组开关控制支路中的第一开关器件的第二端与每组开关控制支路中的第二开关器件的第一端与充放电储能器件连接。

结合第一方面第七实施方式，在第一方面第八实施方式中，每组开关控制支路构成半桥结构，每组开关控制支路中的第一开关器件为半桥结构的上半桥，每组开关控制支路中的第二开关器件为半桥结构的下半桥。

结合第一方面或第一方面任一实施方式，在第一方面第九实施方式中，第一开关器件和第二开关器件为IGBT全控型器件。

本发明通过控制开关控制支路的导通或关断，使充放电储能器件与每组开关控制支路中的第一开关器件或第二开关器件形成充电回路或放电回路，在充电回路充电的过程中，流过充电回路的第一电流减小，在放电回路放电的过程中，流过放电回路的第二电流增加，不但可以实现对输电线路的断路控制，还可以实现对输电线路的潮流控制，减少了电力电子器件的使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，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为本发明实施例1中多端口混合式直流断路器的电路图；

图2为本发明实施例1中充放电储能器件充放电过程的第一等效电路图；

图3为本发明实施例1中充放电储能器件充放电过程的第二等效电路图；

图4为本发明实施例1中充放电储能器件充放电过程的第三等效电路图；

图5为本发明实施例1中充放电储能器件充放电过程的第四等效电路图。

附图标记说明：

1-通流支路，2-开关控制支路，3-充放电储能器件，4-故障转移支路，5-缓冲支路，11-第一条通流主支路，12-第二条通流主支路，13-第三条通流主支路，21-第一开关器件，22-第二开关器件，6-直流母线，71-第一端口；72-第二端口，73-第三端口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种多端口混合式直流断路器，如图1所示，包括：通流主支路1，开关控制支路2，充放电储能器件3，故障转移支路4，缓冲支路5。

具体地，在图1中，包含三条通流主支路1，在其他实施方式中，通流主支路1的数量还可以是三条或三条以上，每条通流主支路1的输入端连接直流母线6，每条通流主支路1的输出端连接与其对应的接线端口71或72或73，其中第一端口为71，第二端口为72，第三端口为73；具体地，每条通流主支路1还包括：串联连接的机械开关和电力电子开关。例如：在图1中，第一条通流主支路11中的机械开关K1与电力电子开关M1串联连接，第二条通流主支路12中的机械开关K2与电力电子开关M2连接，第三条通流主支路13中的机械开关K3与电力电子开关M3连接。每条通流主支路1中采用机械开关和电力电子开关串联的混合开关，可以实现故障电流快速、无弧分断的能力。

在图1中，三组开关控制支路2，在其它实施方式中，开关控制支路2的数量还可以为三组或三组以上，每组开关控制支路2与其对应的每条通流主支路1连接，每组开关控制支路2分别包括第一开关器件21和第二开关器件22；具体地，每组开关控制支路2中的第一开关器件21的第一端与每组开关控制支路2中的第二开关器件22的第二端连接。如图2所示，每组开关控制支路2中的第一开关器件21的第二端与每组开关控制支路2中的第二开关器件22的第一端与充放电储能器件3连接。具体地，如图1或图2所示，每组开关控制支路2构成半桥结构，每组开关控制支路2中的第一开关器件21为半桥结构的上半桥，每组开关控制支路2中的第二开关器件22为半桥结构的下半桥。在图1或图2中，第一组开关控制支路2与第一开关器件21(S1)和第二开关器件22(S2)构成半桥结构，第一开关器件21(S1)作为该半桥结构的上半桥，第二开关器件22(S2)作为该半桥结构的下半桥，第二组开关控制支路2与第一开关器件21(S3)和第二开关器件22(S4)构成半桥结构，第一开关器件21(S3)作为该半桥结构的上半桥，第二开关器件22(S4)作为该半桥结构的下半桥，第三组开关控制支路2与第一开关器件21(S5)和第二开关器件22(S6)构成半桥结构，第一开关器件21(S5)作为该半桥结构的上半桥，第二开关器件22(S6)作为该半桥结构的下半桥。其中每组开关控制支路2中的第一开关器件21和第二开关器件22为IGBT全控型器件。

充放电储能器件3，其第一端与每组开关控制支路2的输入端连接，其第二端与每组开关控制支路2的输出端连接；具体地，在图1中，充放电储能器件3为电容器C1和C2,在图2、图3、图4、图5中，为电容器C1，此处的充电储能器件为电容或其它储能器件，此处的充放电储能器件3的数量可以为1个或2个或多个。

故障转移支路4，与充放电储能器件3并联连接。具体地，故障转移支路4还包括：全桥电路和/或半桥电路，全桥电路和/或半桥电路并联连接充放电储能器件3。设置故障转移支路4，使得发生直流故障时更易切断故障电流。在图1中，故障转移支路4通过开关器件S7、S8、S9、S10组成的全桥电路以及开关器件S11、S12组成的半桥电路构成。

缓冲支路5，与故障转移支路4并联连接。具体地，缓冲支路5为一个避雷器与故障转移支路4并联连接。缓冲支路5可以防止在电流上升速率过快时烧坏器件，对多端口混合式直流断路器整体起到保护作用。其中，缓冲器可以为一个避雷器，也可以是多个避雷器。在图1中，缓冲器为避雷器Z1。

其中，通过导通或关断每组开关控制支路2中的第一开关器件21或第二开关器件22，每组开关控制支路2中的第一开关器件21或第二开关器件22与充放电储能器件3构成充电回路或放电回路，在充电回路充电的过程中，流过充电回路的第一电流减小，在放电回路放电的过程中，流过放电回路的第二电流增加。

具体地，如图2所示，端口71为输入端，端口72和端口73为输出端。将开关控制支路2中的开关器件S1、开关器件S3、开关器件S6导通，开关器件S2、开关器件S4、开关器件S5断开，使得线路31上的电流从端口71进入，流经开关器件S1和开关器件S3，从端口72流出；线路32上的电流从端口71进入，流经开关器件S1和正向连接的充放电储能器件3电容器C1，并为电容器C1充电，再经过开关器件S6，从端口73流出，该线路32构成充电回路。由于线路32上的电流流经正向连接的电容器C1，并为电容器C1充电，因此线路32上的电流减小。如图3所示，将开关控制支路2中的开关器件S2、开关器件S3、开关器件S6导通，开关器件S1、开关器件S4、开关器件S5断开，使得线路33上的电流从端口71进入，流经开关器件S2和开关器件S6，从端口73流出；线路34上的电流从端口71进入，流经开关器件S1和反向连接的电容器C1，电容器放电，再经过开关器件S6，从端口73流出，该线路34构成放电回路。由于线路34上的电流流经反向连接的电容器C1，电容器C1放电，因此线路34上的电流增加。

在另一具体实施例中：如图4所示，端口72为输入端，端口71和端口73为输出端。将开关控制支路2中的开关器件S2、开关器件S3、开关器件S5导通，开关器件S1、开关器件S4、开关器件S6断开，使得线路35上的电流从端口72进入，流经开关器件S3和开关器件S5，从端口73流出；线路36上的电流从端口72进入，流经开关器件S3和正向连接的电容器C1，并为电容器充电，再经过开关器件S2，从端口73流出。由于线路36上的电流流经正向连接的电容器C1，并为电容器C1充电，线路36构成充电回路，因此，线路36上的电流减小。如图5所示，将开关控制支路2中的开关器件S1、开关器件S4、开关器件S6导通，开关器件S2、开关器件S3、开关器件S5断开，使得线路37上的电流从端口72进入，流经开关器件S4和开关器件S6，从端口73流出；线路38上的电流从端口71进入，流经开关器件S4和反向连接的电容器C1，电容器放电，再经过开关器件S1，从端口71流出，该线路38构成放电回路。由于线路38上的电流流经反向连接的电容器C1，电容器C1放电，因此线路38上的电流增加。

可选地，上述实施例中的端口数量与通流主支路1、开关控制支路2的数量是相同的，例如：存在三条通流主支路1，就对应三组开关控制支路2，在就存在三个端口，例如：存在五条通流主支路1，就对应五组开关控制支路2，在就存在五个端口，每个端口实际上是每组开关控制支路2中第一开关器件21和第二开关器件22的连接节点。

本实施例所具有的有益效果是，通过控制开关控制支路2的导通或关断，使充放电储能器件3与每组开关控制支路2中的第一开关器件21或第二开关器件22形成充电回路或放电回路，在充电回路充电的过程中，流过充电回路的第一电流减小，在放电回路放电的过程中，流过放电回路的第二电流增加，不但可以实现对输电线路的断路控制，无需单独使用潮流控制器，还可以实现对输电线路的潮流控制，大大减少了电力支出成本。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种多端口混合式直流断路器，其特征在于，包括：

至少一条通流主支路，每条通流主支路的输入端连接直流母线，所述每条通流主支路的输出端连接与其对应的接线端口；

至少一组开关控制支路，每组开关控制支路与其对应的所述每条通流主支路连接，所述每组开关控制支路分别包括第一开关器件和第二开关器件；

充放电储能器件，其第一端与所述每组开关控制支路的输入端连接，其第二端与所述每组开关控制支路的输出端连接；

故障转移支路，与所述充放电储能器件并联连接；其中，通过导通或关断所述每组开关控制支路中的所述第一开关器件或所述第二开关器件，所述每组开关控制支路中的所述第一开关器件或第二开关器件与所述充放电储能器件构成充电回路或放电回路，在所述充电回路充电的过程中，流过所述充电回路的第一电流减小，在所述放电回路放电的过程中，流过所述放电回路的第二电流增加。

2.根据权利要求1所述的多端口混合式直流断路器，其特征在于，所述故障转移支路还包括：全桥电路和/或半桥电路，所述全桥电路和/或半桥电路并联连接所述充放电储能器件。

3.根据权利要求2所述的多端口混合式直流断路器，其特征在于，还包括：缓冲支路，与所述故障转移支路并联连接。

4.根据权利要求1所述的多端口混合式直流断路器，其特征在于，所述每条通流主支路还包括：串联连接的机械开关和电力电子开关。

5.根据权利要求1所述的多端口混合式直流断路器，其特征在于，所述每组开关控制支路中的所述第一开关器件的第一端与所述每组开关控制支路中的第二开关器件的第二端连接。

6.根据权利要求5所述的多端口混合式直流断路器，其特征在于，每条通流主支路与其对应的所述每组开关控制支路中的所述第一开关器件的第一端和所述第二开关器件的第二端连接。

7.根据权利要求6所述的多端口混合式直流断路器，其特征在于，所述每组开关控制支路中的所述第一开关器件的第二端与所述每组开关控制支路中的第二开关器件的第一端与所述充放电储能器件连接。

8.根据权利要求7所述的多端口混合式直流断路器，其特征在于，所述每组开关控制支路构成半桥结构，所述每组开关控制支路中的第一开关器件为所述半桥结构的上半桥，所述每组开关控制支路中的第二开关器件为所述半桥结构的下半桥。

9.根据权利要求1-8任一项所述的多端口混合式直流断路器，其特征在于，所述第一开关器件和所述第二开关器件为IGBT全控型器件。

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