CN112398101A - 一种具备限流功能的混合直流断路器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具备限流功能的混合直流断路器，应用于高压直流输电领域，本发明的通流支路由快速机械开关K1、辅助换流开关T1和二极管阀组D1‑D4组成，线路正常工作时通流支路流过额定负荷电流；线路发生短路故障时，闭锁辅助换流开关T1将故障电流从通流支路转移到转移支路；转移支路与通流支路并联，主要由限流部分和开断部分组成，限流部分主要用于发生短路故障时遏制短路电流的峰值和上升率，开断部分主要用于开断短路电流，吸收系统在短路故障期间存储在线路电感中的能量；本发明在转移支路中采用限流电路，可有效遏制故障电流的峰值和上升率，降低断路器的开断容量；本发明断路器拓扑结构新颖、成本低、系统可靠性高。

Description

一种具备限流功能的混合直流断路器
技术领域
本发明属于高压直流断路器领域，更具体的是一种具备限流功能的混合直流断路器。
背景技术
我国可再生资源丰富，开发利用潜力巨大；但由于太阳能、风能资源分布集中的特点，建立高压直流输电网对于我国广域范围内能源的高效利用具有深远的意义。相较于交流系统，直流系统存在阻尼小、直流故障蔓延快等特点，对于柔性直流输电系统而言，全控型电力电子器件耐受过电流能力弱，故障电流可在极短的时间内达到器件的最高耐压值，使关键器件甚至换流站损毁；目前，高压直流断路器成为唯一能快速限制并切除故障电流的技术手段。
本发明针对目前直流断路器普遍存在的限流效果差、故障清除速度慢等问题，提出一种具备限流功能的混合式直流断路器。
发明内容
本发明提供了一种具备限流功能的混合直流断路器，在满足直流输电系统对高压直流断路器本身动作迅速、耐受高电压、大电流的基础上，在传统直流断路器基础上增加了限流部分。限流部分利用限流电阻和限流电抗综合限流，能够显著降低故障电流上升率及峰值。采用泄能电阻和二极管阀组D7能够在开断故障时吸收存储在限流电抗中的能量，降低避雷器的耗能；同时所提出的直流断路器通流支路通过二极管阀组组成的桥式结构，无需反串联IGBT即具备双向开断的能力。
本发明的技术方案如下：
一种具备限流功能的混合直流断路器，包括通流支路和转移支路，所述的通流支路和所述的转移支路并联。
优选的，本发明的通流支路包括：快速机械开关K1，辅助换流开关T1和二极管阀组D1、D2、D3、D4，所述二极管阀组D1与所述二极管阀组D2串联，并与所述二极管阀组D3与所述二极管阀组D4串联支路并联；所述快速机械开关K1一端与所述二极管阀组D3和所述二极管阀组D4共连接点连接，所述快速机械开关K1另一端与所述辅助换流开关T1的一端连接，所述辅助换流开关T1另一端与所述二极管阀组D1和所述二极管阀组D2共连接点连接。
优选的，本发明的二极管阀组D1、D2、D3、D4按照桥式电路连接。
该技术方案的有益效果：相比于传统混合式直流断路器，通流支路无需反串联IGBT即可实现双向通断，减少了通流支路IGBT的使用量。
优选的，本发明的转移支路包括限流部分、开断部分和二极管阀组D5、D6，所述的限流部分与所述的开断部分串联，所述的二极管阀组D5、D6与所述的限流部分与开断部分组成的串联支路并联连接。
优选的，本发明的二极管阀组D5、D6与二极管阀组D3、D4按照桥式电路连接。
该技术方案的有益效果：相比于传统混合式直流断路器，转移支路无需判断电流方向即可实现双向通断，同时减少了转移支路IGBT的使用量。
优选的，本发明的限流部分包括IGBT阀组T2、晶闸管阀组T4、限流电阻R1、限流电抗L1、泄能电阻R2和二极管阀组D7，所述的泄能电阻R2与所述的二极管阀组D7串联连接；所述的限流电阻R1、限流电抗L1与所述的泄能电阻R2与二极管阀组D7组成的串联支路并联；所述的晶闸管阀组T4与所述的限流电阻R1、限流电抗L1、泄能电阻R2与二极管阀组D7组成的串并联支路串联；所述的IGBT阀组T2与所述的限流电阻R1、限流电抗L1、泄能电阻R2与二极管阀组D7、晶闸管阀组T4组成的串并联支路并联连接。
该技术方案的有益效果：通过限流电阻R1和限流电抗L1可以在短路故障期间限制故障电流的峰值和上升率，采用泄能电阻R2和二极管阀组D7能够在开断故障时吸收存储在限流电抗中的能量，降低避雷器的耗能，延长避雷器的寿命。
优选的，本发明的开断部分包括IGBT阀组T3和避雷器MOV，所述的IGBT阀组T3与所述的避雷器MOV并联连接。
该技术方案的有益效果：IGBT阀组T3可将故障电流转移到避雷器MOV，避雷器MOV可吸收储能达MJ级的直流系统能量。
本发明的具备限流功能的混合直流断路器，其工作过程如下：
当直流系统正常运行时，直流电流从通流支路流过，其通态损耗较小；转移支路电力电子阀组T2、T3和T4处于关断状态。当系统发生短路故障时，直流断路器收到分闸命令，关断通流支路辅助换流开关K1，导通转移支路IGBT阀组T2、T3；待机械开关达到额定开距时，关断IGBT阀组T2，导通晶闸管阀组T4，限流部分限流电抗L1和限流电阻R1投入使用；待故障检测完毕，关断开断部分IGBT阀组T3，避雷器MOV投入使用，开断故障电流。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供一种具备限流功能的混合直流断路器，通流支路二极管阀组D1、D2、D3、D4按照桥式电路连接，相比于传统混合式直流断路器，通流支路无需反串联IGBT即可实现双向通断，使IGBT阀组的使用不再受限于反并联二极管，减少了通流支路IGBT的使用量。转移支路二极管阀组D5、D6与二极管阀组D3、D4按照桥式电路连接，相比于传统混合式直流断路器，转移支路无需判断电流方向即可实现双向通断，同时减少了转移支路IGBT的使用量。开断部分通过限流电阻R1和限流电抗L1可以在短路故障期间限制故障电流的峰值，采用泄能电阻R2和二极管阀组D7能够在开断故障时吸收存储在限流电抗L1中的能量，降低避雷器的耗能，延长避雷器的寿命。断路器结构新颖，是实现大功率直流开断的有效途径。
附图说明
图1为本发明电路结构示意图。
图2为本发明单端系统短路故障等效电路。
图3为本发明电路工作时序图。
具体实施方式
实施例1
参见附图1所示，本发明实施例公开了一种具备限流功能的混合直流断路器，包括通流支路、转移支路，通流支路与转移支路并联连接。
在一个具体实施例中，参照附图1，本发明的通流支路包括：快速机械开关K1，辅助换流开关T1和二极管阀组D1、D2、D3、D4，二极管阀组D1与二极管阀组D2串联，并与二极管阀组D3与二极管阀组D4串联支路并联；快速机械开关K1一端与二极管阀组D3和二极管阀组D4共连接点连接，快速机械开关K1另一端与辅助换流开关T1的一端连接，辅助换流开关T1另一端与二极管阀组D1和二极管阀组D2共连接点连接。
在一个具体实施例中，参照附图1，本发明的转移支路包括限流部分、开断部分和二极管阀组D5、D6。限流部分与开断部分串联，二极管阀组D5、D6与二极管阀组D3、D4按照桥式电路连接，限流部分包括IGBT阀组T2、晶闸管阀组T4、限流电阻R1、限流电抗L1、泄能电阻R2和二极管阀组D7。
泄能电阻R2与二极管阀组D7串联连接；限流电阻R1、限流电抗L1与泄能电阻R2与二极管阀组D7组成的串联支路并联；晶闸管阀组T4与限流电阻R1、限流电抗L1、泄能电阻R2与二极管阀组D7组成的串并联支路串联； IGBT阀组T2与限流电阻R1、限流电抗L1、泄能电阻R2与二极管阀组D7、晶闸管阀组T4组成的串并联支路并联连接；
本发明的开断部分包括IGBT阀组T3和避雷器MOV，IGBT阀组T3与避雷器MOV并联连接。
在另一个具体实施例中，参照附图2单端系统短路故障等效电路、附图3电路工作时序图；当直流系统正常运行时，直流电流从通流支路流过，其通态损耗较小；转移支路电力电子阀组T2、T3和T4处于关断状态。在t1时刻发生短路故障，经过一段时间故障识别，在t2时刻直流断路器收到分闸指令，分别给机械开关K1和辅助换流开关T1发送关断信号，给转移支路IGBT阀组T2、T3发送导通信号；t3时刻机械开关达到额定开距时，关断IGBT阀组T2，导通晶闸管阀组T4，限流部分限流电抗和限流电阻投入使用；t4时刻故障检测完毕，关断开断部分IGBT阀组T3，避雷器MOV投入使用，开断故障电流。
对所公开的实施例的上述说明，按照递进的方式进行，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种具备限流功能的混合直流断路器，其特征在于，包括通流支路、转移支路；所述的通流支路与所述的转移支路并联连接。
2.根据权利要求1所述的具备限流功能的混合直流断路器，其特征在于，所述的通流支路包括：快速机械开关K1，辅助换流开关T1和二极管阀组D1、D2、D3、D4，所述二极管阀组D1与所述二极管阀组D2串联，并与所述二极管阀组D3与所述二极管阀组D4串联支路并联；所述快速机械开关K1一端与所述二极管阀组D3和所述二极管阀组D4共连接点连接，所述快速机械开关K1另一端与所述辅助换流开关T1的一端连接，所述辅助换流开关T1另一端与所述二极管阀组D1和所述二极管阀组D2共连接点连接。
3.根据权利要求1所述的具备限流功能的混合直流断路器，其特征在于，所述的转移支路包括限流部分、开断部分和二极管阀组D5、D6，所述的限流部分与所述的开断部分串联，所述的二极管阀组D5、D6与所述的限流部分与开断部分组成的串联支路并联连接。
4.根据权利要求3所述的具备限流功能的混合直流断路器，其特征在于，所述的限流部分包括IGBT阀组T2、晶闸管阀组T4、限流电阻R1、限流电抗L1、泄能电阻R2和二极管阀组D7，所述的泄能电阻R2与所述的二极管阀组D7串联连接；所述的限流电阻R1、限流电抗L1与所述的泄能电阻R2与二极管阀组D7组成的串联支路并联；所述的晶闸管阀组T4与所述的限流电阻R1、限流电抗L1、泄能电阻R2与二极管阀组D7组成的串并联支路串联；所述的IGBT阀组T2与所述的限流电阻R1、限流电抗L1、泄能电阻R2与二极管阀组D7、晶闸管阀组T4组成的串并联支路并联连接。
5.根据权利要求3所述的具备限流功能的混合直流断路器，其特征在于，所述的开断部分包括IGBT阀组T3和避雷器MOV，所述的IGBT阀组T3与所述的避雷器MOV并联连接。
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