CN111509682B - 共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器及其方法 - Google Patents

共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器及方法。该混合型直流断路器通过设置第一主传导支路和第二主传导支路，其中，第一主传导支路和第二主传导支路分别对应多端直流系统中的一条直流支路。并在第一主传导支路中设置第一隔离开关和第一换向开关、在第二主传导支路中设置第二隔离开关和第二换向开关、设置与第一负荷侧电连接的第三隔离开关以及设置与第二负荷侧电连接的第四隔离开关，使得第一主传导支路和第二主传导支路两条直流支路能够共用一套主通流电路和保护装置，从而减少了相邻直流支路之间主通流电路与保护装置的使用数量，实现了对相邻直流支路上的混合型断路器的集成，降低了混合型断路器的尺寸和成本。

Description

共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器及其方法
技术领域
本发明实施例涉及电气技术领域，尤其涉及一种共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器及其方法。
背景技术
直流输电与交流输电相比，具有线损低、传输容量大、传输距离远、不存在系统同步运行稳定性问题等优点，其中，直流断路器是直流输电的重要设备。
目前，由机械开关和电力电子器件组合而成的混合型直流断路器在正常运行下损耗较低，故障保护时能快速有效地断路。然而，对于多端直流系统，一个端子通常与多条支路相连，为确保其中某条支路发生故障时可以快速切断故障而不影响其它支路正常运行，需对每条支路连接一个断路器，这使得在同一端子处安装有多个混合型断路，单一的混合型断路器已经需要很大的空间和成本，在同一端子处安装多个混合断路器所需的空间和成本大大提高，限制了混合型断路器的实际应用。
发明内容
本发明实施例提供一种共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器及其方法，以实现对相邻直流支路上的混合型断路器的集成，降低了混合型断路器的尺寸和成本
第一方面，本发明实施例提供了一种共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器，该混合型直流断路器包括：第一主传导支路、第二主传导支路、主通流支路以及保护装置；
第一主传导支路包括第一隔离开关和第一换向开关，第二主传导支路包括第二隔离开关和第二换向开关；第一主传导支路的输入端、第二主传导支路的输入端、主通流电路的第一端以及保护装置的第一端均和电源侧电连接；
第一隔离开关的第一端与第一主传导支路的输入端连接，第一隔离开关的第二端与第一换向开关的第一端连接，第一换向开关的第二端与第一主传导支路的输出端连接；
第二隔离开关的第二端与第二主传导支路的输入端连接，第二隔离开关的第二端与第二换向开关的第二端连接，第二换向开关的第二端与第二主传导支路的输出端连接；
第一主传导支路的输出端与第一负荷侧电连接，第二主传导支路的输出端与第二负荷侧电连接；主通流路的第二端以及保护装置的第二端分别通过第三隔离开关与第一负荷侧电连接；主通流路的第二端以及保护装置的第二端分别通过第四隔离开关与第二负荷侧电连接。
可选地，主通流支路包括多个电力电子单元，各电力电子单元串联电连接，电力电子单元用于故障电压的平均分配。
可选地，每个电力电子单元包括两个反向串联电连接的IGBT。
可选地，保护装置包括RCD缓冲电路和/或浪涌放电器，保护装置用于吸收第一隔离开关、第二隔离开关、第一换向开关、第二换向开关、第三隔离开关和/或第四隔离开关开断过程中释放的能量。
可选地，混合型直流断路器还包括第一限流电感和第二限流电感；
第一限流电感的第一端与第一主传导支路的输出端电连接，第一限流电感的第二端与第一负荷侧电连接；
第二限流电感的第一端与第二主传导支路的输出端电连接，第二限流电感的第二端与第二负荷侧电连接。
第二方面，本发明实施例还提供了一种如上述第一方面共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的应用方法，包括：
第一主传导支路发生故障时，控制第三隔离开关导通；控制主通流支路导通；控制第一换向开关关闭，以将第一主传导支路的电流换向至主通流支路；
控制第一隔离开关断开，以将第一换向开关处的故障电流完全隔离。
可选地，主通流支路包括多个电力电子单元，各电力电子单元串联电连接；
控制主通流支路导通包括：控制所有电力电子单元同时导通，直流母线电压在电力电子单元上平均分配。
可选地，第一主传导支路发生故障之前，第一主传导支路正常运行，包括：控制第一隔离开关导通以及第三隔离开关断开，以控制电源侧电流流向第一负荷侧向负载供电。
可选地，混合型直流断路器还包括第一限流电感；第一限流电感的第一端与第一主传导支路的输出端电连接，第一限流电感的第二端与第一负荷侧电连接；第一主传导支路正常运行，还包括：第一限流电感限制第一负荷侧的过电流。
第三方面，本发明实施例还提供了一种如上述第一方面共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的应用方法，包括：
第二主传导支路发生故障时，控制第四隔离开关导通；控制主通流支路导通；控制第二换向开关关闭，以将第二主传导支路的电流换向至主通流支路；
控制第二隔离开关断开，以将第二换向开关处的故障电流完全隔离。
本发明实施例提供的共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器，通过设置第一主传导支路和第二主传导支路，其中，第一主传导支路和第二主传导支路可各对应一条多端直流系统中的直流支路。并在第一主传导支路中设置第一隔离开关和第一换向开关、在第二主传导支路中设置第二隔离开关和第二换向开关、设置与第一负荷侧电连接的第三隔离开关以及设置与第二负荷侧电连接的第四隔离开关，使得第一主传导支路和第二主传导支路对应的两条直流支路能够共用一套主通流电路和保护装置，从而减少了相邻直流支路之间主通流电路与保护装置的使用数量，实现了对相邻直流支路上的混合型断路器的集成，降低了混合型断路器的尺寸和成本，解决了在同一端子处安装多个混合断路器时其占用空间大且费用成本高的技术问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的应用方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的另一种共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的应用方法的流程图；
图6为本发明实施例提供的另一种共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的应用方法的流程图；
图7为本发明实施例提供的一种共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的应用方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明实施例提供的共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器及其应用方法，可适用于同一端子与多条支路相连的直流系统中，为保障一条支路出现故障而不影响其余支路正常运行时进行断路器布设的情况中。
图1为本发明实施例提供的一种共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的结构示意图，如图1所示，该混合型直流断路器包括：第一主传导支路10、第二主传导支路20、主通流支路30以及保护装置40；
第一主传导支路10包括第一隔离开关T1和第一换向开关LCS1，第二主传导支路20包括第二隔离开关T2和第二换向开关LCS2；第一主传导支路10的输入端、第二主传导支路20的输入端、主通流电路的第一端以及保护装置40的第一端均和电源侧A电连接；
第一隔离开关T1的第一端与第一主传导支路10的输入端连接，第一隔离开关T1的第二端与第一换向开关LCS1的第一端连接，第一换向开关LCS1的第二端与第一主传导支路10的输出端连接；
第二隔离开关T2的第二端与第二主传导支路20的输入端连接，第二隔离开关T2的第二端与第二换向开关LCS2的第二端连接，第二换向开关LCS2的第二端与第二主传导支路20的输出端连接；第一主传导支路10的输出端与第一负荷侧B电连接，第二主传导支路20的输出端与第二负荷侧C电连接；主通流路的第二端以及保护装置40的第二端分别通过第三隔离开关T3与第一负荷侧B电连接；主通流路的第二端以及保护装置40的第二端分别通过第四隔离开关T4与第二负荷侧C电连接。
具体地，电源侧A接入直流电源，即对应于多端直流系统中的一个端子，一个端子可连接有多条直流支路，第一主传导支路10和第二主传导支路20可各对应一个条直流支路。第一及第二主传导支路指的是MC(Main Conduction，主传导)支路，主通流支路30指的是MB(Main Breaker，主通流)支路。工作时，第一隔离开关T1导通且第三隔离开关T3断开，电源侧A的直流电流通过第一主传导支路10向第一负荷侧B的负载供电；第二隔离开关T2导通且第四隔离开关T4断开，电源侧A的直流电流通过第二主传导支路20向第二负荷侧C的负载供电。
检测到第一主传导支路10发生故障时，第三隔离开关T3导通，主通流支路30被导通，第一换向开关LCS1关闭以强制第一主传导支路10的故障电流完全换向到主通流支路30，第一隔离开关T1断开以确保第一换向开关LCS1故障部分完全分离，并且在之后的故障中断中不会遭受过电压。第一换向开关LCS1被完全隔离后，主通流支路30关闭以中断故障电流。当故障电流衰减到零时，直流母线电压将在主通流支路30中的电子元器件中平均分配，使得主通流支路30中的电子元器件不会处于过压危险，各开关以及主通流支路30在开断的过程中释放的能量由保护装置40吸收，而不会影响混合型直流断路器的可靠性。据此，在第一主传导支路10故障时，混合型直流断路器能够快速中断短路电流，隔离第一主传导支路10，使其故障不会对直流系统中其它支路造成影响。
检测到第二主传导支路20发生故障时，第四隔离开关T4导通，主通流支路30被导通，第二换向开关LCS2关闭以强制第二主传导支路20的故障电流完全换向到主通流支路30，第二隔离开关T2断开以确保第二换向开关LCS2故障部分完全分离，并且在之后的故障中断中不会遭受过电压。第二换向开关LCS2被完全隔离后，主通流支路30关闭以中断故障电流。当故障电流衰减到零时，直流母线电压将在主通流支路30中的电子元器件中平均分配，使得主通流支路30中的电子元器件不会处于过压危险，各开关以及主通流支路30在开断的过程中释放的能量由保护装置40吸收，而不会影响混合型直流断路器的可靠性。据此，在第二主传导支路20故障时，混合型直流断路器能够快速中断短路电流，隔离第二主传导支路20，使其故障不会对直流系统中其它支路造成影响。
综上所述，本发明实施例提供的混合型直流断路器，设置对应相邻两条直流支路的第一主传导支路和第二主传导支路，通过在第一主传导支路中设置第一隔离开关和第一换向开关，在第二主传导支路中设置第二隔离开关和第二换向开关，并通过在主通流支路和第一负荷侧之间设置第三隔离开关，主通流支路和第二负荷侧之间设置第四隔离开关，使得相邻两直流支路之间可以共用一套主通流电路和保护装置，即仅设置一套主通流支路和保护装置就能够对两条直流支路进行故障保护，而原先每条直流支路对应一套主通流支路和保护装置对直流支路进行故障保护，因而本申请减少了相邻直流支路之间主通流电路与保护装置的使用数量，实现了对相邻直流支路上的混合型断路器的集成，仅需要一个混合型断路器就能够对两条直流支路进行故障保护，降低了混合型断路器的尺寸和成本，解决了在同一端子处安装多个混合断路器时其占用空间大且费用成本高的技术问题。
图2为本发明实施例提供的另一种共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的结构示意图，如图2所示，可选地，主通流支路30包括多个电力电子单元31，各电力电子单元31串联电连接，电力电子单元31用于故障电压的平均分配。
具体地，电力电子单元31指的是Power Electronic，PE单元。电力电子单元31的数量可根据实际需要进行设置。检测到第一主传导支路10发生故障时，第三隔离开关T3导通，主通流支路30电路中的电力电子单元31同时被导通，第一换向开关LCS1关闭以强制故障电流完全换向到主通流支路30的各电力电子单元31中，当故障电流衰减到零时，直流母线电压将在主通流支路30中的电力电子单元31中平均分配，使得主通流支路30中的电力电子单元31不会处于过压危险。
检测到第二主传导支路20发生故障时，第四隔离开关T4导通，主通流支路30电路中的电力电子单元31同时被导通，第二换向开关LCS2关闭以强制故障电流完全换向到主通流支路30的各电力电子单元31中，当故障电流衰减到零时，直流母线电压将在主通流支路30中的电力电子单元31中平均分配，使得主通流支路30中的电力电子单元31不会处于过压危险。
可选地，每个电力电子单元包括两个反向串联电连接的IGBT。
具体地，每个电力电子单元两个反向串联的IGBT组成，它能够实现双向开断。直流母线电压在主通流支路中的电力电子单元中平均分配，即使得主通流支路中的IGBT不会处于过压危险。
可选地，保护装置包括RCD缓冲电路和/或浪涌放电器，保护装置用于吸收第一隔离开关、第二隔离开关、第一换向开关、第二换向开关、第三隔离开关和/或第四隔离开关开断过程中释放的能量。
图3为本发明实施例提供的另一种共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的结构示意图，如图3所示，可选地，混合型直流断路器还包括第一限流电感L1和第二限流电感L2；
第一限流电感L1的第一端与第一主传导支路10的输出端电连接，第一限流电感L1的第二端与第一负荷侧B电连接；
第二限流电感L2的第一端与第二主传导支路20的输出端电连接，第二限流电感L2的第二端与第二负荷侧C电连接。
具体地，对第一主传导支路10串接第一限流电感L1以限制第一主传导支路10上的电流过电流，对支路造成损伤，对第二主传导支路20串接第二限流电感L2，以限制第二主传导支路20上的电流过电流，对支路造成损伤。
本发明实施例提供的混合型直流断路器，设置一套主通流支路和保护装置为第一主传导支路和第二主传导支路共用，使得能够通过一条主通流支路和保护装置对两条直流支路进行故障保护，实现了对相邻直流支路上的混合型断路器的集成。其中，主通流支路中包括过多个电力电子单元，这样，两条直流支路共用主通流支路和保护装置时，便减少了对电力电子单元的使用，降低了混合型直流断路器的尺寸和成本，解决了在同一端子处安装多个混合断路器时其占用空间大且费用成本高的技术问题。
本发明实施例还提供了一种如上述技术方案共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的应用方法，图4为本发明实施例提供的一种共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的应用方法的流程图，如图4所示，并结合图1，该混合型直流断路器的应用方法包括：
S10，第一主传导支路发生故障时，控制第三隔离开关导通。
具体地，检测到第一主传导支路10发生故障时，控制第三隔离开关T3导通。
S11，控制主通流支路导通。
具体地，控制第三隔离开关T3导通后，控制主通流支路30导通。
S12，控制第一换向开关关闭，以将第一主传导支路的电流换向至主通流支路。
具体地，控制主通流支路30导通后，控制第一换向开关LCS1关闭以强制第一主传导支路10的故障电流完全换向到主通流支路30。
S13，控制第一隔离开关断开，以将第一换向开关处的故障电流完全隔离。
具体地，控制第一隔离开关T1断开以确保第一换向开关LCS1故障部分完全分离，并且在之后的故障中断中不会遭受过电压。
本发明实施例提供混合型直流断路器的应用方法，在第一主传导支路故障时，能够快速中断短路电流，隔离第一主传导支路，使其故障不会对直流系统中其它支路造成影响。
可选地，主通流支路包括多个电力电子单元，各电力电子单元串联电连接；控制主通流支路导通包括：控制所有电力电子单元同时导通，直流母线电压在电力电子单元上平均分配。图5为本发明实施例提供的另一种共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的应用方法的流程图，如图5所示，并结合图2，该混合型直流断路器的应用方法包括：
S20，第一主传导支路发生故障时，控制第三隔离开关导通。
S21，控制所有电力电子单元同时导通，以使直流母线电压在电力电子单元上平均分配。
具体地，控制第三隔离开关T3导通后，控制主通流支路30电路中的电力电子单元31同时导通。当故障电流衰减到零时，直流母线电压将在主通流支路30中的电力电子单元31中平均分配，使得主通流支路30中的电力电子单元31不会处于过压危险。
S22，控制第一换向开关关闭，以将第一主传导支路的电流换向至主通流支路。
S23，控制第一隔离开关断开，以将第一换向开关处的故障电流完全隔离。
可选地，第一主传导支路发生故障之前，第一主传导支路正常运行，包括：控制第一隔离开关导通、第一换向开关导通以及第三隔离开关断开，以控制电源侧A电流流向第一负荷侧向负载供电。图6为本发明实施例提供的另一种共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的应用方法的流程图，如图6所示，并结合图1，该混合型直流断路器的应用方法包括：
S30，控制第一隔离开关导通以及第三隔离开关断开，以控制电源侧电流流向第一负荷侧向负载供电。
具体地，工作时，第一隔离开关T1导通且第三隔离开关T3断开，电源侧A的直流电流通过第一主传导支路10向第一负荷侧B的负载供电。
S31，第一主传导支路发生故障时，控制第三隔离开关导通。
S32，控制主通流支路导通。
S33，控制第一换向开关关闭，以将第一主传导支路的电流换向至主通流支路。
S34，控制第一隔离开关断开，以将第一换向开关处的故障电流完全隔离。
可选地，参考图3，混合型直流断路器还包括第一限流电感L1；第一限流电感L1的第一端与第一主传导支路的输出端电连接，第一限流电感L1的第二端与第一负荷侧电连接；第一主传导支路正常运行，还包括：第一限流电感L1限制第一负荷侧的过电流。
具体地，对第一主传导支路10串接第一限流电感L1以限制第一主传导支路10上的电流过电流，对支路造成损伤。
本发明实施例还提供了另一种如上述技术方案共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的应用方法，图7为本发明实施例提供的一种共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的应用方法的流程图，如图7所示，并结合图1，该混合型直流断路器的应用方法包括：
S40，第二主传导支路发生故障时，控制第四隔离开关导通。
具体地，检测到第二主传导支路20发生故障时，控制第四隔离开关T4导通。
S41，控制主通流支路导通。
具体地，控制第四隔离开关T4导通后，控制主通流支路30导通。
S42，控制第二换向开关关闭，以将第二主传导支路的电流换向至主通流支路。
具体地，控制第二换向开关LCS2关闭以强制第二主传导支路20的故障电流完全换向到主通流支路30。
S43，控制第二隔离开关断开，以将第二换向开关处的故障电流完全隔离。
具体地，第二隔离开关T2断开以确保第二换向开关LCS2故障部分完全分离，并且在之后的故障中断中不会遭受过电压。
本发明实施例混合型直流断路器的应用方法，在第二主传导支路故障时，能够快速中断短路电流，隔离第二主传导支路，使其故障不会对直流系统中其它支路造成影响。
可选地，参考图1，第二主传导支路发生故障之前，第二主传导支路正常运行，包括：控制第二隔离开关T2导通以及第四隔离开关T4断开，以控制电源侧A电流流向第二负荷侧B向负载供电。
可选地，参考图3，混合型直流断路器还包括第二限流电感L2；第二限流电感L2的第一端与第二主传导支路20的输出端电连接，第二限流电感L2的第二端与第二负荷侧C电连接；第二主传导支路20正常运行，还包括：第二限流电感L2限制第二负荷侧C的过电流。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器，其特征在于，包括：第一主传导支路、第二主传导支路、主通流支路以及保护装置；
所述第一主传导支路包括第一隔离开关和第一换向开关，所述第二主传导支路包括第二隔离开关和第二换向开关；所述第一主传导支路的输入端、所述第二主传导支路的输入端、所述主通流支路的第一端以及所述保护装置的第一端均和电源侧电连接；
所述第一隔离开关的第一端与所述第一主传导支路的输入端连接，所述第一隔离开关的第二端与所述第一换向开关的第一端连接，所述第一换向开关的第二端与所述第一主传导支路的输出端连接；
所述二隔离开关的第二端与所述第二主传导支路的输入端连接，所述第二隔离开关的第二端与所述第二换向开关的第二端连接，所述第二换向开关的第二端与所述第二主传导支路的输出端连接；
所述第一主传导支路的输出端与第一负荷侧电连接，所述第二主传导支路的输出端与第二负荷侧电连接；所述主通流支路的第二端以及所述保护装置的第二端分别通过第三隔离开关与所述第一负荷侧电连接；所述主通流支路的第二端以及所述保护装置的第二端分别通过第四隔离开关与所述第二负荷侧电连接；
所述主通流支路包括多个电力电子单元，各所述电力电子单元串联电连接，所述电力电子单元用于故障电压的平均分配；
共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器，还包括第一限流电感和第二限流电感；
所述第一限流电感的第一端与所述第一主传导支路的输出端电连接，所述第一限流电感的第二端与所述第一负荷侧电连接；
所述第二限流电感的第一端与所述第二主传导支路的输出端电连接，所述第二限流电感的第二端与所述第二负荷侧电连接。
2.根据权利要求1所述的共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器，其特征在于，每个所述电力电子单元包括两个反向串联电连接的IGBT。
3.根据权利要求1所述的共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器，其特征在于，所述保护装置包括RCD缓冲电路和/或浪涌放电器，所述保护装置用于吸收所述第一隔离开关、第二隔离开关、第一换向开关、第二换向开关、第三隔离开关和/或第四隔离开关开断过程中释放的能量。
4.一种如权利要求1所述共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的应用方法，其特征在于，包括：
所述第一主传导支路发生故障时，控制所述第三隔离开关导通；控制所述主通流支路导通；控制所述第一换向开关关闭，以将所述第一主传导支路的电流换向至所述主通流支路；
控制所述第一隔离开关断开，以将所述第一换向开关处的故障电流完全隔离；
所述主通流支路包括多个电力电子单元，各所述电力电子单元串联电连接；
控制所述主通流支路导通包括：控制所有所述电力电子单元同时导通，直流母线电压在所述电力电子单元上平均分配；
所述混合型直流断路器还包括第一限流电感；所述第一限流电感的第一端与所述第一主传导支路的输出端电连接，所述第一限流电感的第二端与所述第一负荷侧电连接；
所述第一主传导支路正常运行，还包括：所述第一限流电感限制所述第一负荷侧的过电流。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述第一主传导支路发生故障之前，所述第一主传导支路正常运行，包括：控制所述第一隔离开关导通以及所述第三隔离开关断开，以控制所述电源侧电流流向所述第一负荷侧向负载供电。
6.一种如权利要求1所述共用主通流支路与保护装置的混合型直流断路器的应用方法，其特征在于，包括：
所述第二主传导支路发生故障时，控制所述第四隔离开关导通；控制所述主通流支路导通；控制所述第二换向开关关闭，以将所述第二主传导支路的电流换向至所述主通流支路；
控制所述第二隔离开关断开，以将所述第二换向开关处的故障电流完全隔离。
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