CN111244908B - 一种机械式直流断路器的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械式直流断路器及其控制方法，包括主支路、转移支路和耗能支路，三者并联连接之后与电流传感器串联；转移支路包括并联连接的第一转移电感、第二转移电感、第三转移电感，以及并联连接的第一转移电容、第二转移电容、第三转移电容，第二转移电感所在分支路上串联第一触发器件，第三转移电感所在分支路上串联第二触发器件，第一转移电容所在分支路上串联第三触发器件，第二转移电容所在分支路上串联第四触发器件，第三转移电容所在的分支路上串联第五触发器件。本发明中控制系统根据电流大小选择性地触发触发器件，有效避免直流断路器在开断过程中向直流系统注入过多的能量，减小直流断路器开断过程中对系统的影响。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术，具体涉及一种机械式直流断路器及其控制方法。
背景技术
直流电网可以有效解决城市供电走廊紧张，新能源消纳困难，负荷容量大以及随着产业升级对供电质量需求高的问题。但是由于直流电网的短路电流上升速度快，峰值高，不存在自然过零点，直流断路器相比于传统交流断路器设计难度大。正常工作状态下，直流断路器需要接通、承载、分断系统额定电流；在短路故障发生时，能够快速切除故障支路，并吸收存储在故障支路电感中的能量，抑制系统过电压。
常用的中压直流断路器包括纯固态直流断路器、机械式直流断路器和混合式直流断路器。纯固态直流断路器额定电流从电力电子器件流过，发热功率较大，电能损失较大；机械式直流断路器包括主支路，转移支路和耗能支路，分别由高速机械开关、LC转移支路、避雷器并联组成，其中高速机械开关需要能够在2-3ms 内建立起绝缘足够的绝缘断口，LC转移支路建立负压强迫主支路电流向转移支路转移，避雷器需要吸收系统短路能量。由于机械式断路器需要具备同时开断故障电流和系统正常电流的能力，其转移支路电容C需要预充较高的电压，当开断小电流时，会向系统中注入大量能量，影响系统其他设备的正常运行，甚至可能冲击直流变压器或者换流阀，造成其闭锁。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的在于提供一种自动匹配注入电流的机械式直流断路器；本发明的另一目的在于提供一种避免向系统注入大量能量的机械式直流断路器的控制方法。
技术方案：本发明的机械式直流断路器包括一个主支路、一个转移支路和一个耗能支路，三者并联连接之后与电流传感器A1串联；所述主支路包括机械开关K1，所述转移支路包括并联连接的第一转移电感L1、第二转移电感L2、第三转移电感L3，以及并联连接的第一转移电容C1、第二转移电容C2、第三转移电容C3，其中，第二转移电感L2所在的分支路上串联第一触发器件SCR1，第三转移电感L3所在的分支路上串联第二触发器件SCR2，第一转移电容C1所在的分支路上串联第三触发器件SCR3，第二转移电容C2所在的分支路上串联第四触发器件SCR4，第三转移电容C3所在的分支路上串联第五触发器件SCR5。
所述电流传感器A1为分流器、电流互感器、霍尔电流传感器或光电流传感器，电流传感器A1测量系统电流，并将测量结果传给控制系统，为控制器提供动作参考依据。
所述第一转移电容C1、第二转移电容C2、第三转移电容C3的容值和预充电压均相同。
所述第一触发器件SCR1、第二触发器件SCR2、第三触发器件SCR3、第四触发器件SCR4、第五触发器件SCR5为触发球隙、IGBT、IGCT、IEGT或GTO。
所述机械开关K1为采用斥力机构驱动的高速机械开关，高速机械开关具有较强的短时电流耐受能力，并且响应时间短，动作速度快。
所述避雷器为氧化锌避雷器。
本发明所述的机械式直流断路器的控制方法，包括以下步骤：
(1)控制系统记录机械式直流断路器正常运行时设定时长内的电流波形；
(2)控制系统从记录的设定时长内的电流波形中截取出收到分闸指令前一定时间内的电流波形，计算断路器开断当前断路器电流所需注入短路电流的容量；
(3)控制系统根据电流大小选择性的触发触发器件，被触发的触发器件所在分支路上的转移电容和转移电感组成振荡回路，强迫电流向转移支路转移；
(4)控制系统不停向转移支路中的被触发的触发器件所在分支路上的转移电容充电，当被触发的触发器件所在分支路上的的转移电容两端电压超过耗能支路上的电器件阈值时，耗能支路上的电器件被击穿；
(5)耗能支路上的电器件吸收储存在系统电感中的能量；
(6)耗能支路上的电器件迅速恢复高阻态，开断完成。
当分断额定电流以下电流时，上述步骤(3)中，控制系统只触发第三触发器件SCR3，由第一转移电感L1和第一转移电容C1组成振荡回路，强迫电流向转移支路转移；
当分断1-3倍额定电流时，上述步骤(3)中，控制系统触发第一触发器件 SCR1、第三触发器件SCR3以及第四触发器件SCR4，第一转移电感L1、第二转移电感L2并联和第一转移电容C1、第二转移电容C2并联组成振荡回路，强迫电流向转移支路转移；
当分断3倍以上额定电流时，上述步骤(3)中，控制系统触发第一触发器件SCR1、第二触发器件SCR2、第三触发器件SCR3、第四触发器件SCR4以及第五触发器件SCR5，并联连接的第一转移电感L1、第二转移电感L2、第三转移电感L3和并联连接的第一转移电容C1、第二转移电容C2、第二转移电容C21共同组成振荡回路，强迫电流向转移支路转移。
有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果在于：(1)实现了中压直流机械式断路器自适应开断，断路器能够根据开断电流的大小，自动匹配注入电流的大小；(2)控制系统根据故障电流的大小，选择性地触发触发器件，避免了向直流系统注入过多的能量，减小直流断路器开断过程中对系统的影响；(3)分断小电流，即额定电流以下电流时，只触发一个触发器件，不会影响其他设备的正常运行。
附图说明
图1为本发明所述机械式直流断路器的拓扑图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明作进一步详细介绍。
如图1所示，本发明包括一个主支路、一个转移支路和一个耗能支路，三者并联连接之后与电流传感器A1串联，电流传感器A1测量系统电流，并将测量结果传给控制系统，为控制器提供动作参考依据，在本实施例中，电流传感器A1 可以为分流器、电流互感器、霍尔电流传感器或光电流传感器。主支路包括机械开关K1，在本实施例中，机械开关K1为采用斥力机构驱动的高速机械开关，具有较强的短时电流耐受能力，并且响应时间短，动作速度快。耗能支路包括氧化锌避雷器。转移支路包括并联连接的第一转移电感L1、第二转移电感L2、第三转移电感L3，以及并联连接的第一转移电容C1、第二转移电容C2、第三转移电容C3，其中，第二转移电感L2所在的分支路上串联第一触发器件SCR1，第三转移电感L3所在的分支路上串联第二触发器件SCR2，第一转移电容C1所在的分支路上串联第三触发器件SCR3，第二转移电容C2所在的分支路上串联第四触发器件SCR4，第三转移电容C3所在的分支路上串联第五触发器件SCR5。第一转移电容C1、第二转移电容C2、第三转移电容C3的容值和预充电压均相同，电压方向与图1中保持一致。第一触发器件SCR1、第二触发器件SCR、第三触发器件 SCR13、第四触发器件SCR4、第五触发器件SCR5为触发球隙、IGBT、IGCT、IEGT 或GTO。
控制系统根据电流传感器A1提供的测量结果，判断系统是否正常运行；当系统处于正常运行状态时，电流从主支路流过，控制系统不触发触发器件；当系统发生故障时，控制系统根据需要分断的电流大小，选择性地触发触发器件，被选择的触发器件上的转移电感和第一转移电容组成振荡回路，强迫电流向转移支路转移；这样便避免了向直流系统注入过多的能量，减小直流断路器开断过程中对系统的影响。
本发明还包括一种机械式直流断路器的控制方法，包括以下步骤：
(1)控制系统记录机械式直流断路器正常运行时当前时刻前10ms内的电流波形；
(2)控制系统从记录的设定时长内的电流波形中截取出收到分闸指令前 2ms内的电流波形，计算断路器开断当前断路器电流所需注入短路电流的容量；
(3)控制系统根据电流大小选择性的触发触发器件，被触发的触发器件所在分支路上的转移电容和转移电感组成振荡回路，强迫电流向转移支路转移；
(4)控制系统不停向转移支路中的被触发的触发器件所在分支路上的转移电容充电，当被触发的触发器件所在分支路上的的转移电容两端电压超过耗能支路避雷器阈值时，避雷器被击穿；
(5)避雷器吸收储存在系统电感中的能量；
(6)避雷器迅速恢复高阻态，开断完成。
当分断额定电流以下电流时，步骤(3)中，控制系统只触发第三触发器件 SCR3，由第一转移电感L1和第一转移电容C1组成振荡回路，强迫电流向转移支路转移；
当分断1-3倍额定电流时，步骤(3)中，控制系统触发第一触发器件SCR1、第三触发器件SCR3以及第四触发器件SCR4，第一转移电感L1、第二转移电感 L2并联和第一转移电容C1、第二转移电容C2并联组成振荡回路，强迫电流向转移支路转移；
当分断3倍以上额定电流时，步骤(3)中，控制系统触发第一触发器件SCR1、第二触发器件SCR2、第三触发器件SCR3、第四触发器件SCR4以及第五触发器件 SCR5，并联连接的第一转移电感L1、第二转移电感L2、第三转移电感L3和并联连接的第一转移电容C1、第二转移电容C2、第二转移电容C21共同组成振荡回路，强迫电流向转移支路转移。
本发明能实现中压直流机械式断路器自适应开断，断路器能够根据开断电流的大小的情况，自动匹配注入电流的大小，能够有效避免直流断路器在开断过程中，向直流系统注入过多的能量，减小直流断路器开断过程中对系统的影响。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和 /或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：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应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种机械式直流断路器的控制方法，其特征在于：包括机械式直流断路器，所述机械式直流断路器包括一个主支路、一个转移支路和一个耗能支路，三者并联连接之后与电流传感器A1串联；所述主支路包括机械开关K1，所述转移支路包括并联连接的第一转移电感L1、第二转移电感L2、第三转移电感L3，以及并联连接的第一转移电容C1、第二转移电容C2、第三转移电容C3，其中，第二转移电感L2所在的分支路上串联第一触发器件SCR1，第三转移电感L3所在的分支路上串联第二触发器件SCR2，第一转移电容C1所在的分支路上串联第三触发器件SCR3，第二转移电容C2所在的分支路上串联第四触发器件SCR4，第三转移电容C3所在的分支路上串联第五触发器件SCR5；
控制方法包括以下步骤：
(1)控制系统记录机械式直流断路器正常运行时设定时长内的电流波形；
(2)控制系统从记录的设定时长内的电流波形中截取出收到分闸指令前一定时间内的电流波形，计算断路器开断当前断路器电流所需注入短路电流的容量；
(3)控制系统根据电流大小选择性地触发触发器件，被触发的触发器件所在分支路上的转移电容和转移电感组成振荡回路，强迫电流向转移支路转移；
(4)控制系统不停向转移支路中的被触发的触发器件所在分支路上的转移电容充电，当被触发的触发器件所在分支路上的转移电容两端电压超过耗能支路上的电器件导通阈值时，耗能支路上的电器件被击穿；
(5)耗能支路上的电器件吸收储存在系统电感中的能量；
(6)耗能支路上的电器件迅速恢复高阻态，开断完成；
当分断额定电流以下电流时，步骤(3)中，控制系统只触发第三触发器件SCR3，由第一转移电感L1和第一转移电容C1组成振荡回路，强迫电流向转移支路转移。
2.根据权利要求1所述的机械式直流断路器的控制方法，其特征在于：所述电流传感器A1为分流器、电流互感器、霍尔电流传感器或光电流传感器。
3.根据权利要求1所述的机械式直流断路器的控制方法，其特征在于：所述第一转移电容C1、第二转移电容C2、第三转移电容C3的容值和预充电压均相同。
4.根据权利要求1所述的机械式直流断路器的控制方法，其特征在于：所述第一触发器件SCR1、第二触发器件SCR2、第三触发器件SCR3、第四触发器件SCR4、第五触发器件SCR5为是触发球隙、IGBT、IGCT、IEGT或GTO。
5.根据权利要求1所述的机械式直流断路器的控制方法，其特征在于：所述机械开关K1为采用斥力机构驱动的高速机械开关。
6.根据权利要求1所述的机械式直流断路器的控制方法，其特征在于：所述耗能支路包括氧化锌避雷器。
7.根据权利要求1所述的机械式直流断路器的控制方法，其特征在于：当分断1-3倍额定电流时，步骤(3)中，控制系统触发第一触发器件SCR1、第三触发器件SCR3以及第四触发器件SCR4，第一转移电感L1、第二转移电感L2并联和第一转移电容C1、第二转移电容C2并联组成振荡回路，强迫电流向转移支路转移。
8.根据权利要求1所述的机械式直流断路器的控制方法，其特征在于：当分断3倍以上额定电流时，步骤(3)中，控制系统触发第一触发器件SCR1、第二触发器件SCR2、第三触发器件SCR3、第四触发器件SCR4以及第五触发器件SCR5，并联连接的第一转移电感L1、第二转移电感L2、第三转移电感L3和并联连接的第一转移电容C1、第二转移电容C2、第三转移电容C3共同组成振荡回路，强迫电流向转移支路转移。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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