CN112909899A - 具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器及控制方法，包括多个端口，每个端口依次通过负荷转移开关、机械开关和剩余电流开关与单向主断开关的第一端连接；主断开关的第二端通过限流电阻与耗能电阻的第一端连接，限流电阻并联有旁路开关，耗能电阻的第二端与第一二极管的负极端连接，第一二极管的正极端接地；每个端口对应的负荷转移开关和机械开关之间的连线通过第二二极管与耗能电阻的第一端连接；降低了主断开关中避雷器的耗能时间与耗能压力，具备自适应重合闸功能，可以极大地降低架空线路瞬时性故障的影响，使直流电网在发生瞬时性故障后供电恢复时间大大缩短，同时避免了在发生永久性故障时重合直流断路器可能造成的危害。

Description

具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器及控制方法

技术领域

本公开涉及柔性直流电网直流侧故障隔离及恢复技术领域，特别涉及一种具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器及控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

与交流系统和基于电网换相的传统直流输电系统相比，基于模块化多电平换流器的柔性直流电网具有有功和无功功率解耦控制、不存在换相失败问题、能够为无源网络供电等优势，是大规模可再生能源接入电网的理想方式。然而，由于柔性直流电网的低阻抗特性，当直流侧发生故障后，故障电流在数毫秒内即可达到额定电流的数倍甚至数十倍，这对柔性直流电网的保护与故障隔离技术提出了极高的要求。

混合式直流断路器是目前柔性直流电网隔离直流侧故障的理想方式。但是，混合式直流断路器的主断开关需要大量的电力电子器件承受极高的暂态电压和大容量避雷器耗散故障电流的能量，因此混合式直流断路器的制造成本较高，并且主要成本集中于主断开关。这严重限制了其在柔性直流电网的大规模应用。此外，为了限制故障电流的上升速度，通常在柔性直流电网每条直流线路两端安装限流电抗器。由于避雷器耗散的能量主要为直流电网中电感电流的能量，因此大量配置的限流电抗器会极大地增加避雷器的耗能时间和耗能压力，从而延长直流电网中健全部分恢复正常运行的时间。另外，架空线路作为大规模直流电网的电能传输途径，其高故障概率(尤其是瞬时性故障)的特点要求混合式直流断路器具备自适应重合闸功能，以降低瞬时性故障对直流电网的影响，提高直流电网供电的可靠性。

发明人发现，现有混合式直流断路器存在问题为：(1)制造成本高昂；(2)避雷器耗能时间长，耗散能量大；(3)无自适应重合闸功能。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器及控制方法，各线路共用主断开关极大地降低了直流断路器的配置成本，降低了主断开关中避雷器的耗能时间与耗能压力，加快了直流电网健全部分恢复正常运行的速度，具备自适应重合闸功能，可以极大地降低架空线路瞬时性故障的影响，使直流电网在发生瞬时性故障后供电恢复时间大大缩短，同时避免了在发生永久性故障时重合直流断路器可能造成的危害。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器。

一种具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器，包括多个端口，每个端口依次通过负荷转移开关、机械开关和剩余电流开关与单向主断开关的第一端连接；

主断开关的第二端通过限流电阻与耗能电阻的第一端连接，限流电阻并联有旁路开关，耗能电阻的第二端与第一二极管的负极端连接，第一二极管的正极端接地；

每个端口对应的负荷转移开关和机械开关之间的连线通过第二二极管与耗能电阻的第一端连接。

本公开第二方面提供了一种具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器控制方法。

一种具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器控制方法，用于本公开第一方面所述的混合直流断路器，包括以下步骤：

当t₀时刻某一端口发生短路故障时，各端口故障电流开始上升；

在t₁时刻多端口混合式直流断路器接收到线路保护发出的跳闸命令，开始动作将故障端口隔离，主断开关闭合，故障端口对应的负荷转移开关闭锁，故障电流开始换流至主断开关；

在t₂时刻故障端口对应的机械开关电流降为零后，故障端口对应的机械开关开始分闸动作；

在t₃时刻故障端口对应的机械开关分闸完成，主断开关闭锁；

在主断开关于t₃时刻闭锁后，故障电流被换流至主断开关避雷器进行耗散，故障线路及限流电抗器被耗能电阻和第一二极管组成的支路旁路；

当主断开关中的故障电流于t₄时刻耗散完毕后，故障线路及其上的限流电抗器中的电流通过耗能电阻和第一二极管组成的支路续流；

当续流过程于t₅时刻结束后，如果不需要重合故障线路，则故障端口对应的剩余电流开关将故障端口完全隔离，否则保持故障端口对应的残余电流开关处于闭合状态，打开旁路开关。

作为可能的一些实现方式，当故障线路电流续流于t₅时刻结束后，等待预设时长的线路去游离时间，导通主断开关。

作为进一步的限定，当故障为永久性故障时，故障线路沿预设路径产生故障电流，利用限流电阻的限流作用，故障端口电压与故障端口电流均被限制在预设值以下。

作为进一步的限定，当故障为瞬时性故障时，故障线路沿预设路径进行充电，由零电位逐渐上升至额定电压。

作为进一步的限定，瞬时性故障与永久性故障通过下式进行区分：v_p(t₆+Δt)>K_relU_dc；

其中，v_p为故障端口电压，t₆为自适应重合闸开始时刻，Δt为保证故障线路充电而设置的延时，K_rel为可靠系数，U_dc为系统额定电压；

当故障端口电压满足上式时，判定发生的故障为瞬时性故障，此时继续完成后续重合操作，依次闭合故障端口快速机械开关与负荷转移开关；否则，判定发生的故障为永久性故障，不再进行重合，打开故障端口剩余电流开关将故障线路完全隔离。

本公开第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开第二方面所述的具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器控制方法中的步骤。

本公开第四方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开第二方面所述的具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器控制方法中的步骤。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开所述的多端口混合式直流断路器，通过各线路共用昂贵的主断开关极大地减少了直流断路器的配置成本。

2、本公开所述的多端口混合式直流断路器，通过在耗能过程中旁路故障线路及其上的限流电抗器极大地降低了主断开关中避雷器的耗能时间与耗能压力，加快了直流电网健全部分恢复正常运行的速度。

3、本公开所述的多端口混合式直流断路器，具备自适应重合闸功能，可以极大地降低架空线路瞬时性故障的影响，使直流电网在发生瞬时性故障后供电恢复时间大大缩短，同时避免了在发生永久性故障时重合直流断路器可能造成的危害，同时本公开所述的自适应重合闸方法对直流电网健全部分的正常运行影响较小。

本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1提供的具备自适应重合闸功能的多端口混合式直流断路器拓扑示意图。

图2为本公开实施例1提供的简化分析模型示意图。

图3为本公开实施例1提供的t₀-t₁时间段内电流路径示意图。

图4为本公开实施例1提供的t₂-t₃时间段内电流路径示意图。

图5为本公开实施例1提供的t₃-t₄时间段内电流路径示意图。

图6为本公开实施例1提供的t₄-t₅时间段内电流路径示意图。

图7为本公开实施例1提供的自适应重合闸阶段电流路径示意图。

图8为本公开实施例1提供的多端口混合式直流断路器动作时序图。

图9为本公开实施例1提供的仿真模型示意图。

图10为本公开实施例1提供的自适应重合闸过程中故障端口电压与电流波形图。

图11为本公开实施例1提供的自适应重合闸过程中非故障端口电压波形图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

如图1所示，本公开实施例1提供了一种具备自适应重合闸功能的多端口混合式直流断路器(multiport hybrid dc circuit breaker，MPHCB)，包括：n个端口及每个端口上的负荷转移开关(load commutation switch，LCS)、快速机械开关(ultra-fastdisconnector，UFD)和剩余电流开关(residual current breaker，RCB)；n条二极管支路D₁-D_n；一个单向主断开关(main breaker，MB)，由大量基于全控型器件的电力电子模块与避雷器并联组成；一个旁路开关(bypass switch，BS)及与其并联的限流电阻R_c(在500kV电压等级的应用场景下取值为2.5kΩ)；一条二极管D_g与耗能电阻R_g(在500kV电压等级的应用场景下取值为10Ω)的串联支路。

与两端口HCB的配置方案相比，本实施例所述断路器保留了每个端口上的通流支路与RCB，并且其可以通过二极管支路D₁-D_n将故障电流由相应的通流支路转移到共用的主断开关。此外，额外配置的二极管D_g与耗能电阻R_g串联支路可以在避雷器耗能阶段将故障线路及其上的限流电抗器旁路，从而加快避雷器的耗能速度、降低耗能压力，缩短直流电网健全部分恢复正常运行的时间。在断路器动作隔离故障期间，限流电阻R_c被旁路开关(bypassswitch，BS)旁路。

具体的，包括以下内容：

S1：MPHCB工作原理

S1.1：分析模型

多端柔性直流电网的简化分析模型如图2所示。图中，MMC_k(k＝1，2，…，n)等效为理想电压源与桥臂等效电感L_eqk的串联支路，架空线路等效为R-L模型，L_s1-L_sn表示各线路上的限流电抗器，端口P_k在故障F发生前的负荷电流为I_prek。为简化分析，假设当故障电流换流至避雷器时，其两端电压立刻跃升至钳位电压U_clamp而忽略过渡过程。

S1.2：故障隔离

在正常运行情况下，MPHCB各端口LCS、UFD与RCB以及BS均处于导通状态，MB处于关断状态。假设t₀时刻直流线路OHL₁发生短路故障F，各端口开始向故障端口P₁注入故障电流，如图3所示。

此时，各端口电流满足：

式中

假设MPHCB于t₁时刻接收到跳闸命令，开始动作将故障端口P₁隔离。首先，导通主断开关MB并控制故障端口负荷转移开关LCS₁闭锁，此时故障电流开始由快速机械开关UFD₁转移到主断开关MB。此电流转移过程大约持续数十微秒，于t₂时刻结束。之后控制快速机械开关UFD₁启动分闸，通常认为UFD₁的分闸时间为2ms^[，在此时间段MPHCB内的故障电流流通路径如图4所示。待UFD₁于t₃时刻分闸完成后，闭锁主断开关MB，故障电流被换流至避雷器进行耗散，同时故障线路及其上的限流电抗器被D_g-R_g支路旁路，如图5所示。

在t₁-t₃时间段内各端口电流仍然满足式(1)，而t₃时刻后MPHCB各电流量将满足下式：

式中，i_pk(t₃)可由式(1)求得。

假设主断开关中的故障电流i_MB于t₄时刻衰减为零，这标志着避雷器耗能过程结束以及非故障端口的故障电流清除完毕。在t₃-t₄时间段内避雷器耗能量E_abs可由下式近似计算：

在t₄时刻之后，故障线路电感电流将通过L_s1-L_r1-R_r1-D_g-R_g-D₁-L_s1回路进行续流，如图6所示。

续流阶段故障端口电流i_p1(t)满足：

式中，i_p1(t₄)可由式(3)求得。

假设续流过程于t₅时刻结束，此时如果不再需要重合故障线路，则控制RCB₁打开将故障线路完全隔离，否则RCB₁仍然保持闭合，等待故障去游离时间后进行自适应重合闸。

S1.3：自适应重合闸

当续流过程于t₅时刻结束并等待线路去游离时间后，MPHCB于t₆时刻开始重合故障端口。在等待线路去游离时间时应打开旁路开关BS将限流电阻R_c与MB串联。

自适应重合闸的核心是识别故障性质，本实施例提出的故障性质识别方法原理如下：

当t₆时刻开始自适应重合闸后，首先导通主断开关MB，此时根据故障性质的不同存在两种可能情况：

1)永久性故障

假设发生的故障为永久性故障，则导通主断开关MB时故障点仍然存在于故障线路，因此会产生流过如下路径(如图7所示)的故障电流：

非故障端口P₂～P_n通流支路-MB-R_c-D₁-RCB₁-P₁-OHL₁-F。

故障端口电流和电压稳态值为：

式中v_b为直流母线电压，其值接近于系统额定电压；R_f为过渡电阻，在500kV应用场景下考虑最大过渡电阻为500Ω。由于限流电阻R_c的阻值为数千欧姆，因此根据式(6)可知，不论发生的故障为金属性故障还是高阻故障，故障端口电压和电流均会被限制在较小值。

2)瞬时性故障

假设发生的故障为瞬时性故障，则导通主断开关MB时故障点已经消失，因此故障线路将经由图7所示电流路径向故障线路充电，经过一定时间(毫秒级)后，故障线路电压将由零电位上升到接近额定值的水平。

因此，综合以上分析可以构建如下故障性质识别判据：

v_p1(t₆+Δt)>K_relU_dc (7)

式中Δt为保证故障线路充电时间而设置的延时；K_rel为可靠系数，其值在0-1之间；U_dc为系统额定电压。当故障端口电压v_p1满足式(7)时，判定发生的故障为瞬时性故障，MPHCB继续后续重合闸操作，依次闭合UFD和LCS以恢复故障线路的供电。否则判定为永久性故障，MPHCB不再进行后续重合闸操作，打开故障端口的RCB以分断小故障电流并隔离故障端口。

S1.4：动作时序图

MPHCB在故障隔离和自适应重合闸阶段的动作时序如图8所示。

表1测试系统关键参数

S2：MPHCB参数设计

S2.1：耗能电阻

为了分析避雷器耗能时间和耗散能量与耗能电阻R_g阻值之间的关系，将测试系统参数和不同耗能电阻R_g阻值代入式(1)-(5)求解主断开关电流，以获得避雷器耗能时间和耗散能量。测试系统采用图2所示拓扑，其关键参数列于表1。

随耗能电阻R_g阻值的增加，避雷器耗能时间和耗散能量迅速增加。当耗能电阻R_g阻值增大到一定程度(数百欧姆)后，其变化将不会再对避雷器耗能时间和耗散能量产生显著影响。因此，应尽量选择较小的耗能电阻。但是，由式(5)可知，较小的耗能电阻会延长故障线路电感续流时间。因此，综合考虑以上因素，本实施例中耗能电阻R_g阻值确定为10Ω。

S2.2：限流电阻

限流电阻R_c在故障隔离过程中被旁路开关BS旁路，仅在自适应重合闸时投入。限流电阻R_c的作用主要为限制永久性故障时重合主断开关MB所产生的故障电流。因此，考虑500kV的应用场景，本实施例选择限流电阻R_c阻值为2.5kΩ。由式(6)可知，选择2.5kΩ的限流电阻能够将故障电流稳态值限制在0.2kA以内。由于该电流幅值较小，因此打开故障线路RCB即可将其分断。

S3：仿真分析

S3.1：仿真模型

为了验证本实施例所提MPHCB的可行性和有效性，在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建了三端不对称单极仿真模型，其拓扑与图2所示分析模型相同。该仿真模型采用基于半桥子模块的MMC。直流线路采用分布式依频架空线路模型。该仿真模型的其他关键参数列于表2。假设线路保护动作时间为3ms，UFD动作时间为2ms，RCB与BS动作时间为30ms。自适应重合闸判据中延时Δt和可靠系数K_rel分别设置为10ms和0.5。

为了比较所提MPHCB与两端口HCB配置方案的经济性，对以上两种方案在上述应用场景下所需电力电子器件数量和成本进行统计。假设所采用IGBT额定电压为4.5kV，单价为3.5万元。所采用的二极管额定电压与所采用IGBT相同，单价为其0.1倍。由于LCS所需器件数量远小于主断开关，因此忽略其成本。由于MPHCB主断开关与二极管支路均需承受避雷器钳位电压，因此MPHCB所需IGBT与二极管的数量分别为178个和178×3个，总器件成本为809.9万元。仿真模型中MPHCB可以替代3个两端口HCB，并且两端口HCB中主断开关需要满足双向电流关断能力，因此两端口HCB配置方案共需178×2×3个IGBT，总器件成本为3738万元，约为MPHCB总器件成本的4.6倍。

表2仿真模型关键参数

S3.2：故障隔离仿真

在线路OHL₁中点处设置金属性短路故障F，故障时间为5.0s。MPHCB于5.003s接收到线路保护发出的跳闸信号并开始动作，其动作时序如图8所示。此外，为了比较MPHCB与两端口HCB配置方案的故障隔离表现，将MPHCB替换为典型HCB并在相同故障条件下进行仿真。两种直流断路器配置方案在故障隔离过程中各关键电气量波形如图8所示。

如图9所示，图9中的(a)为各端口电流，图9中的(b)为耗能电阻电流，图9中的(c)为主断开关电流，图9中的(d)为避雷器耗能。主断开关MB闭锁之前各端口电流i_p1～i_p3达到峰值8.73kA，2.82kA和5.91kA。当主断开关MB闭锁后，避雷器耗能时间为3.5ms，耗散能量为10.96MJ。在相同的故障条件下，两端口HCB避雷器耗能时间与耗散能量分别为7.96ms和24.96MJ。因此，相较于两端口HCB，在直流电网中配置本文所提MPHCB的耗能时间缩短为，降低1倍多的耗散能量。

S3.3：自适应重合闸仿真

故障端口P₁电流在5.1s衰减为零并等待300ms线路去游离时间后，MPHCB于5.4s开始自适应重合闸。MPHCB的自适应重合闸动作时序如图6所示，在瞬时性故障和永久性故障场景下的仿真结果如图10和图11所示。

如图10所示，图10中的(a)为故障端口电压波形图，图10中的(b)为故障端口电流波形图。当故障为瞬时性故障时，故障端口电压在10ms内逐渐上升到额定值，之后故障端口电流几乎保持为零。对于永久性故障，当暂态过程结束后故障端口电压维持在极小值，并且故障电流峰值限制在0.3kA之内。因此，在以上两种故障场景下，由式(6)可以在2ms内可靠区分瞬时性故障和永久性故障。

此外，如图11所示，为自适应重合闸过程中非故障端口电压波形图，其中图11中的(a)为瞬时性故障，图11中的(b)为永久性故障。在上述两种故障场景下，非故障端口的电压波动范围均在±10％以内，说明本实施例所提自适应重合闸方法对直流电网健全部分的正常运行影响较小。

实施例2：

本公开实施例2提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本公开实施例1所述的具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器控制方法中的步骤，所述步骤为：

假设t₀时刻端口第一端口发生短路故障，各端口故障电流开始上升；

在t₁时刻多端口混合式直流断路器接收到线路保护发出的跳闸命令，开始动作将故障端口隔离，主断开关闭合，第一负荷转移开关闭锁，故障电流开始换流至主断开关；

在t₂时刻第一机械开关电流降为零后，第一机械开关开始分闸动作；

在t₃时刻第一机械开关分闸完成，主断开关闭锁；

在主断开关于t₃时刻闭锁后，故障电流被换流至主断开关避雷器进行耗散，故障线路及限流电抗器被耗能电阻和第一二极管组成的支路旁路；

当主断开关中的故障电流于t₄时刻耗散完毕后，故障线路及其上的限流电抗器中的电流通过耗能电阻和第一二极管组成的支路续流；

当续流过程于t₅时刻结束后，如果不需要重合故障线路，则第一剩余电流开关将第一端口完全隔离，否则保持第一残余电流开关处于闭合状态，打开旁路开关。

详细步骤与实施例1提供的具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器控制方法相同，这里不再赘述。

实施例3：

本公开实施例3提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本公开实施例1所述的具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器控制方法中的步骤，所述步骤为：

假设t₀时刻端口第一端口发生短路故障，各端口故障电流开始上升；

在t₁时刻多端口混合式直流断路器接收到线路保护发出的跳闸命令，开始动作将故障端口隔离，主断开关闭合，第一负荷转移开关闭锁，故障电流开始换流至主断开关；

在t₂时刻第一机械开关电流降为零后，第一机械开关开始分闸动作；

在t₃时刻第一机械开关分闸完成，主断开关闭锁；

在主断开关于t₃时刻闭锁后，故障电流被换流至主断开关避雷器进行耗散，故障线路及限流电抗器被耗能电阻和第一二极管组成的支路旁路；

当主断开关中的故障电流于t₄时刻耗散完毕后，故障线路及其上的限流电抗器中的电流通过耗能电阻和第一二极管组成的支路续流；

当续流过程于t₅时刻结束后，如果不需要重合故障线路，则第一剩余电流开关将第一端口完全隔离，否则保持第一残余电流开关处于闭合状态，打开旁路开关。

详细步骤与实施例1提供的具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器控制方法相同，这里不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开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和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、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。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器，其特征在于：

包括多个端口，每个端口依次通过负荷转移开关、机械开关和剩余电流开关与单向主断开关的第一端连接；

主断开关的第二端通过限流电阻与耗能电阻的第一端连接，限流电阻并联有旁路开关，耗能电阻的第二端与第一二极管的负极端连接，第一二极管的正极端接地；

每个端口对应的负荷转移开关和机械开关之间的连线通过第二二极管与耗能电阻的第一端连接。

2.如权利要求1所述的具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器，其特征在于：

500kV电压等级下，耗能电阻的阻值范围为5欧姆～20欧姆。

3.如权利要求1所述的具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器，其特征在于：

500kV电压等级下，限流电阻的阻值范围为1千欧姆～5千欧姆。

4.一种具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器控制方法，其特征在于：

用于权利要求1所述的混合直流断路器，包括以下步骤：

当t₀时刻某一端口发生短路故障时，各端口故障电流开始上升；

在t₁时刻多端口混合式直流断路器接收到线路保护发出的跳闸命令，开始动作将故障端口隔离，主断开关闭合，故障端口对应的负荷转移开关闭锁，故障电流开始换流至主断开关；

在t₂时刻故障端口对应的机械开关电流降为零后，故障端口对应的机械开关开始分闸动作；

在t₃时刻故障端口对应的机械开关分闸完成，主断开关闭锁；

在主断开关于t₃时刻闭锁后，故障电流被换流至主断开关避雷器进行耗散，故障线路及限流电抗器被耗能电阻和第一二极管组成的支路旁路；

当主断开关中的故障电流于t₄时刻耗散完毕后，故障线路及其上的限流电抗器中的电流通过耗能电阻和第一二极管组成的支路续流；

当续流过程于t₅时刻结束后，如果不需要重合故障线路，则故障端口对应的剩余电流开关将故障端口完全隔离，否则保持故障端口对应的残余电流开关处于闭合状态，打开旁路开关。

5.如权利要求4所述的具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器控制方法，其特征在于：

当故障线路电流续流于t₅时刻结束后，等待预设时长的线路去游离时间，导通主断开关。

6.如权利要求5所述的具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器控制方法，其特征在于：

当故障为永久性故障时，故障线路沿预设路径产生故障电流，利用限流电阻的限流作用，故障端口电压与故障端口电流均被限制在预设值以下。

7.如权利要求6所述的具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器控制方法，其特征在于：

当故障为瞬时性故障时，故障线路沿预设路径进行充电，由零电位逐渐上升至额定电压。

8.如权利要求6所述的具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器控制方法，其特征在于：

瞬时性故障与永久性故障通过下式进行区分：v_p(t₆+Δt)>K_relU_dc；

其中，v_p为故障端口电压，t₆为自适应重合闸开始时刻，Δt为保证故障线路充电而设置的延时，K_rel为可靠系数，U_dc为系统额定电压；

当故障端口电压满足上式时，判定发生的故障为瞬时性故障，此时继续完成后续重合操作，依次闭合故障端口快速机械开关与负荷转移开关；否则，判定发生的故障为永久性故障，不再进行重合，打开故障端口剩余电流开关将故障线路完全隔离。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求4-8任一项所述的具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器控制方法中的步骤。

10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求4-8任一项所述的具备自适应重合闸的多端口混合直流断路器控制方法中的步骤。

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