CN112952743B - 基于强迫谐振换流原理的直流断路器 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种基于强迫谐振换流原理的直流断路器，涉及中高压断路器技术领域。该装置包括通流支路、强迫谐振换流支路及控制单元，通流支路与强迫谐振换流支路并联连接；通流支路串联于电力系统中，用于传输电流；通流支路包括机械开关，强迫谐振换流支路包括串联的激励单元及谐振单元，控制单元与机械开关及激励单元连接，用于向机械开关发出分闸动作命令，并控制激励单元与谐振单元共同作用产生谐振电流，以使通流支路中的电流转移至强迫谐振换流支路中。该装置优化了直流断路器拓扑结构，可减少体积和成本，并且提高转移电流和开断故障电流的成功率，实现各个电压等级下全电流工况的快速可靠开断。
Description
技术领域
本申请涉及中高压断路器技术领域，具体而言，涉及一种基于强迫谐振换流原理的直流断路器。
背景技术
近年来，直流电网技术被认为是现代电力系统中的一项具有很大发展潜力的技术。当直流电力系统发生短路故障时，由于直流电力系统中的短路电流会在很短时间内迅速上升到极高的水平，并且开断直流故障短路电流面临着不存在自然过零点的情况，所以这对直流断路器提出了相应的挑战，即直流断路器需要在很短时间内开断直流故障短路电流，否则将使电网面临随时崩溃的危险。
现有的直流断路器包括机械式直流断路器、混合式直流断路器和全固态式直流断路器等。其中，机械式直流断路器又可分为无源振荡技术和有源振荡技术，由于机械式直流断路器使用了电容器，故而存在设备体积很大、在分断小电流工况时需要很长时间的缺点。混合式直流断路器结合了机械开关及电力电子技术，可以利用可关断电力电子器件建立反向电压，其主要缺点是对电力电子器件的控制较为复杂，并且还需配备相应的水冷设备，成本较高。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种基于强迫谐振换流原理的直流断路器，以解决上述问题。
第一方面，本申请实施例提供一种基于强迫谐振换流原理的直流断路器，所述装置包括通流支路、强迫谐振换流支路及控制单元，其中，所述通流支路与所述强迫谐振换流支路并联连接；
所述通流支路串联于电力系统中，用于传输电流；
所述通流支路包括机械开关，所述强迫谐振换流支路包括串联的激励单元及谐振单元，所述控制单元与所述机械开关及激励单元电连接，用于向所述机械开关发出分闸动作命令，并控制所述激励单元与所述谐振单元共同作用产生谐振电流，以使所述通流支路中的电流转移至所述强迫谐振换流支路中。
可以理解，控制电源可以与所述机械开关电连接或通信连接，总之，连接方式可按实际需求做出相应选择。本申请实施例中，以电连接作为举例，以便于对方案进行详细阐述。
可选地，所述激励单元为多个，多个所述激励单元串联连接，或多个所述激励单元并联连接；
所述控制单元用于控制每个所述激励单元的工作状态，以使所述激励单元与所述谐振单元共同作用产生谐振电流。
可选地，所述激励单元包括第一连接端、第二连接端、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关及预储能子单元，其中第一至第四开关可以为全控型电力电子器件或者半控型电力电子器件；
所述第一开关的一端与所述第一连接端电性连接，所述第一开关的另一端经由所述第三开关与所述第二连接端电性连接；
所述第二开关的一端与所述第一连接端电性连接，所述第二开关的另一端经由所述第四开关与所述第二连接端电性连接；
所述预储能子单元的一端电性连接于所述第一开关与所述第三开关之间，所述预储能子单元的另一端电性连接于所述第二开关与所述第四开关之间；
所述第一连接端与所述通流支路或所述谐振单元或所述第二连接端连接，所述第二连接端与所述通流支路或所述谐振单元或所述第一连接端连接；
所述控制单元与所述第一开关、第二开关、第三开关及第四开关电性连接，用于控制所述第一开关、第二开关、第三开关及第四开关的通断状态，以使所述预储能子单元根据所述第一开关、第二开关、第三开关及第四开关的通断状态向所述谐振单元提供电流，以使所述谐振单元作用产生谐振电流。
可选地，所述预储能子单元包括预充电电容，所述预充电电容用于根据所述第一开关、第二开关、第三开关及第四开关的通断状态向所述谐振单元提供电流，以使所述谐振单元作用产生谐振电流。
可选地，所述预储能子单元包括多个预充电电容及多个选择开关；
每个预充电电容的一端经由所述选择开关电性连接于所述第一开关与所述第三开关之间，每个预充电电容的另一端电性连接于所述第二开关与所述第四开关之间；
所述控制单元与每个选择开关电性连接，用于控制每个选择开关的通断状态。
可选地，所述直流断路器还包括充能单元，所述充能单元与所述控制单元及预储能子单元电性连接，用于根据所述控制单元的控制为所述预储能子单元充能。
可选地，所述直流断路器还包括吸能支路，所述吸能支路与所述通流支路并联连接；
所述吸能支路包括避雷器，所述避雷器用于限制所述谐振单元作用于所述机械开关两端的电压，以保护所述机械开关。
可选地，所述吸能支路包括多个避雷器，所述多个避雷器之间串联连接，或所述多个避雷器之间并联连接。
可选地，所述避雷器包括阀型避雷器、管型避雷器或氧化锌避雷器中的至少一种。
第二方面，本申请实施例还提供一种电力系统，所述电力系统包括以上实施例中所述的基于强迫谐振换流原理的直流断路器。
相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：
本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器，采用强迫谐振换流支路中的激励单元配合由电感和电容组成的谐振单元产生幅值逐渐提高的谐振电流，直到增长到与故障电流幅值相当，可以实现双向全区域故障电流的开断。在关断小电流时，只需要产生幅值较小的谐振电流，关断大电流时，产生的谐振电流幅值变大，避免了传统有源振荡换流技术在开断小电流时，由于电流变化率过大而导致机械开关重击穿，从而导致电流开断失败的情况，有利于关断小电流工况的电流开断，提高了小电流工况的关断成功率，减少部件损耗，降低维护成本。所述直流断路器通过控制单元精确地控制各个可控型器件导通和关断，以配合谐振电流的流通方向，当快速机械开关中的动触头运动至满足绝缘要求的开距时，故障电流能够完全从机械开关支路转移至换流支路，从而把燃弧时间缩短到最小。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应该看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的结构示意图之一；
图2为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的结构示意图之二；
图3为图2所示的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的控制过程示意图之一；
图4为图2所示的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的控制过程示意图之二；
图5为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的结构示意图之三；
图6为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的结构示意图之四；
图7是多个激励单元的并联结构示意图；
图8为激励单元的结构示意图之一；
图9为激励单元的结构示意图之二；
图10为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的结构示意图之五；
图11为激励单元的结构示意图之三；
图12为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的结构示意图之六；
图13为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的结构示意图之七；
图14为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的结构示意图之八；
图15为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的工况图之一；
图16为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的工况图之二；
图17为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的工况图之三。
图标：100-直流断路器；110-通流支路；120-强迫谐振换流支路；130-控制单元；140-充能单元；150-吸能支路；111-机械开关；151-避雷器；200-激励单元；210-第一开关；220-第二开关；230-第三开关；240-第四开关；250-预储能子单元；251-预充电电容；252-选择开关；300-谐振单元。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以是两个元件内部的连通。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申请中的具体含义。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
为了克服上述现有技术中存在的问题，申请人经过研究提供了下面具体实施例给出的解决方案。
请参照图1，图1为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器100(以下简称为直流断路器100)的结构示意图。所述直流断路器100包括通流支路110、强迫谐振换流支路120及控制单元130，其中，所述通流支路110与所述强迫谐振换流支路120并联连接。
所述通流支路110串联于电力系统中，用于传输电流。
所述通流支路110包括机械开关111，所述强迫谐振换流支路120包括串联的激励单元200及谐振单元300，所述控制单元130与所述机械开关111及激励单元200电性连接，用于向所述机械开关111发出分闸动作命令，并控制所述激励单元200与所述谐振单元300共同作用产生幅值逐渐增大的谐振电流，直到所述通流支路110中的机械开关111运动到满足绝缘开距的距离，并且所述强迫谐振换流支路120中产生的谐振电流的幅值超过所述通流支路110中的故障电流的幅值，达到过零点。所述机械开关111中的电弧在过零点时熄灭，从而使所述通流支路110中的电流过零，电流成功从所述通流支路110转移至所述强迫谐振换流支路120中。
其中，所述通流支路110中的机械开关111可以是一个机械开关111，也可以是多个机械开关111串联或并联的组合。所述机械开关111用于导通或关断电流，可以是满足迅速分开断口的机械结构中的任意一种或多种的组合。所述机械开关111还包括灭弧室，所述灭弧室中的电弧为可燃弧，且所述灭弧室能在电流过零点时熄灭电弧，例如真空灭弧室或SF6(六氟化硫)灭弧室等。
请结合参照图2，作为一种可选的实施方式，所述直流断路器100可以是全桥型的拓扑结构，其中，所述激励单元200包括第一连接端、第二连接端、第一开关210、第二开关220、第三开关230、第四开关240及预储能子单元250。所述谐振单元300可以包括串联的电容C及电感L。
其中，所述第一开关210、第二开关220、第三开关230及第四开关240可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、IGCT(integrated GateCommutated Thyristors，集成门极换流晶闸管)、SiC(碳化硅)和晶闸管(Thyristor)中的一种或者多种。在此不做限定。
所述第一开关210的一端与所述第一连接端电性连接，所述第一开关210的另一端经由所述第三开关230与所述第二连接端电性连接。所述第二开关220的一端与所述第一连接端电性连接，所述第二开关220的另一端经由所述第四开关240与所述第二连接端电性连接。所述预储能子单元250的一端电性连接于所述第一开关210与所述第三开关230之间，所述预储能子单元250的另一端电性连接于所述第二开关220与所述第四开关240之间。所述第一连接端与所述通流支路110或所述谐振单元300或所述第二连接端连接，所述第二连接端与所述通流支路110或所述谐振单元300或所述第一连接端连接。所述控制单元130与所述第一开关210、第二开关220、第三开关230及第四开关240电性连接，用于控制所述第一开关210、第二开关220、第三开关230及第四开关240的通断状态，以使所述预储能子单元250根据所述第一开关210、第二开关220、第三开关230及第四开关240的通断状态向所述谐振单元300提供电流，以使所述谐振单元300作用产生谐振电流。
其中，所述控制单元130用于给所述激励单元200中的第一开关210、第二开关220、第三开关230及第四开关240发出动作指令，以控制所述第一开关210、第二开关220、第三开关230及第四开关240的通断状态。下面将对所述控制单元130对所述机械开关111、第一开关210、第二开关220、第三开关230及第四开关240的控制过程进行介绍。
在电力系统的工作状态为正常的情况下，电流从所述直流断路器100的通流支路110中流过，机械开关111处于闭合状态，此时的通态损耗很小，且强迫谐振换流支路120中没有电流流通，所述第一开关210、第二开关220、第三开关230及第四开关240均处于关断状态，没有电流流过。
当电力系统发生短路故障，所述通流支路110中的电流开始增大，当通流支路110中的短路电流超过短路电流阈值时，所述控制单元130向所述通流支路110中的机械开关111发出分闸动作指令，同时，所述控制单元130向所述第一开关210、第二开关220、第三开关230及第四开关240发出控制指令。一方面，所述机械开关111在接收到分闸动作指令时，所述机械开关111的动触头开始运动，并且动触头与静触头之间燃起电弧，燃起的电弧使所述通流支路110中仍然保持有电流流过。
另一方面，所述第一开关210、第二开关220、第三开关230及第四开关240根据所述控制单元130的控制指令开始运作，分为两种过程。
其一，如图3所示，所述控制单元130控制所述第二开关220及第三开关230导通时，所述第一开关210及第四开关240处于关断状态，所述预储能子单元250与所述电容C及电感L形成放电回路，所述强迫谐振换流支路120中的电流方向为第一方向。
其二，如图4所示，所述控制单元130控制所述第一开关210及第四开关240导通时，所述第二开关220及第三开关230处于关断状态，所述预储能子单元250与所述电容C及电感L又形成放电回路，所述强迫谐振换流支路120中的电流方向为第二方向。所述第一开关210、第二开关220、第三开关230及第四开关240在所述控制单元130的控制下，按照预设时序重复上述运作过程，使所述强迫谐振换流支路120中产生幅值逐渐增大的谐振电流。直到所述通流支路110中的机械开关111运动到满足绝缘开距的距离，并且所述强迫谐振换流支路120中产生的谐振电流的幅值超过所述通流支路110中的故障电流的幅值，达到过零点。所述机械开关111中的电弧在过零点时熄灭，从而使所述通流支路110中的电流过零，电流成功从所述通流支路110转移至所述换流支路。
在本实施例中，可以理解的是，所述直流断路器100在前一次分闸换流后，还可以实现重合闸操作。实现重合闸操作后，所述直流断路器100还可以用于检测电力系统中的故障是暂时性故障还是永久性故障。具体为，若所述机械开关111在接收到所述控制单元130发出的重合闸指令后闭合，所述通流支路110中的短路电流仍然处于一个较高的幅值，即表明所述电力系统中产生的短路故障并非暂时性故障，而是永久性故障。此时所述直流断路器100需要再次作用以实现换流，所述控制单元130再次向所述机械开关111发出分闸动作指令，且对所述第一开关210、第二开关220、第三开关230及第四开关240重复上述通断控制过程，具体控制过程与上面实施例中的控制过程类似，可以参考以上描述。请参照图5及图6，所述激励单元200可以是多个，多个所述激励单元200串联连接，或多个所述激励单元200并联连接。所述控制单元130用于控制每个激励单元200的工作状态，以使所述激励单元200与所述谐振单元300共同作用产生谐振电流。可以理解的是，当所述激励单元200为多个时，所述控制单元130与每个激励单元200的连接方式与前文所述类似，可以参考图3、图4及前文的描述。
其中，如图5所示，多个所述激励单元200依次串联连接。所述控制单元130在向所述机械开关111发出分闸动作指令的同时，向串联的多个所述激励单元200发出控制指令，以控制多个激励单元200同时作用产生谐振电流。多个激励单元200产生的谐振电流叠加，能够以更快的速度超过所述通流支路110中的故障电流的幅值，节省作用时间，提高效率。
如图6所示，多个所述激励单元200并联连接。所述控制单元130在向所述机械开关111发出分闸动作指令的同时，向并联的任意一个或多个所述激励单元200发出控制指令，以选择多个激励单元200中的任意激励单元200作用产生谐振电流。
如图7所示，作为一种可选的实施方式，所述直流断路器100的中包括两个并联的激励单元200。例如，所述直流断路器100在前一次动作时，启动其中一个激励单元200中的预储能子单元250对外进行放电。当所述直流断路器在重合闸后再一次分闸，由于在前一次动作时放电的预储能子单元250已经释放了一些能量，剩余的能量可能不足以使再次作用产生的谐振电流的幅值满足过零需求，可能导致操作失败，因此，在再一次分闸时控制使用另一个激励单元200中的预储能子单元250对外进行放电。
请参照图8，所述预储能子单元250包括预充电电容251，所述预充电电容251用于根据所述第一开关210、第二开关220、第三开关230及第四开关240的通断状态向所述谐振单元300提供电流，以使所述谐振单元300作用产生谐振电流。
作为一种可选的实施方式，所述第一开关210、第二开关220、第三开关230及第四开关240可以由一个绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)与二极管反并联组成。在本实施例中，请参照图9，作为一种可选的实施方式，所述预储能子单元250包括多个预充电电容251及多个选择开关252。每个预充电电容251的一端经由所述选择开关252电性连接于所述第一开关210与所述第三开关230之间，每个预充电电容251的另一端电性连接于所述第二开关220与所述第四开关240之间。所述控制单元130与每个选择开关252电性连接，用于控制每个选择开关252的通断状态。本实施例提供的直流断路器100除上述设置多个激励单元200的方式以外，还可以通过在一个激励单元200的预储能子单元250中设置多个预充电电容251及多个选择开关252的方式来实现多次分闸。
以图9所示的两个选择开关252为例，所述直流断路器100在前一次动作时，控制单元130控制其中一个选择开关252导通，与被选择的选择开关252串联的预充电电容251与谐振单元300作用产生谐振电流；当所述直流断路器在重合闸后再一次分闸，若前一次被选择的预充电电容251中的能量不足以支撑再一次分闸动作，所述控制单元130可以控制另一个选择开关252导通，以使与另一个选择开关252串联的另一个预充电电容251对外放电。
请结合参阅图10与图11，作为另一种可选的实施方式，所述直流断路器100还可以是半桥型的拓扑结构，所述激励单元200包括第一连接端、第二连接端、第一开关210、第二开关220及预储能子单元250。所述谐振单元300可以包括串联的电容C及电感L。
进一步地，所述预储能子单元250包括预充电电容251，所述预充电电容251用于根据所述第一开关210、第二开关220、第三开关230的通断状态向所述谐振单元300提供电流，以使所述谐振单元300作用产生谐振电流。作为一种可选的实施方式，所述第一开关210、第二开关220可以由一个IGBT与二极管反并联组成。其他具体原理及实施方式可参考上述对全桥型的拓扑结构直流断路器100的详细阐述，在此不做赘述。
请参照图12，在本实施例中，所述直流断路器100还包括充能单元140，所述充能单元140与所述控制单元130及预储能子单元250电性连接，用于根据所述控制单元130的控制为所述预储能子单元250充能。所述直流断路器100在每次动作后，由于所述预储能子单元250中的预充电电容251中的能量被消耗，因此需要为所述预储能子单元250补充能量。所述充能单元140可以是电池，包括但不限于镍基电池、锂电池、燃料电池等。
请再次参照图12，在本实施例中，所述直流断路器100还包括吸能支路150，作为一种实施方式，所述吸能支路150与所述通流支路110并联连接。所述吸能支路150包括避雷器151，所述避雷器151用于限制所述谐振单元300作用于所述机械开关111两端的电压，以保护所述机械开关111。所述直流断路器100在动作过程中，所述谐振单元300中的电容的电压逐渐上升，作用在所述通流支路110中的机械开关111的两端，同时，与机械开关111并联的避雷器151两端的电压也逐渐升高，直到作用在避雷器151两端的电压大于避雷器151的动作电压时，避雷器151开始动作并吸收电力系统中的感性元件中的感性能量，同时使线路电流下降并限制作用于所述机械开关111两端的电压，对所述通流支路110中的机械开关111形成保护，防止机械开关111被击穿。
针对这一种避雷器151装配结构，当故障电流开始从强迫谐振换流支路120转移至避雷器151中，电流需要经过谐振电感C、谐振电容L和激励单元200。而流经谐振单元300中的电感C的电流不能发生突变，所以避雷器151两端的电压将远大于其保护动作电压。
作为另一种实施方式，请结合参阅图13，所述吸能支路150一端与所述激励单元200连接、另一端与所述谐振单元300中的电容C连接，所述吸能支路150包括避雷器151。即，所述避雷器151与激励单元200及谐振单元300并联。其具体原理可参照图12中对该实施方式的阐述，在此不做赘述。
作为又一种实施方式，请结合参阅图14，所述吸能支路150与所述谐振单元300中的电容C并联。所述吸能支路150包括避雷器151。即，所述避雷器151与所述谐振单元300中的电容C并联。其具体原理同样可参照图12中对该实施方式的阐述，在此不做赘述。
针对第二种及第三种实施方式，避雷器151装配结构的不同在于激励单元200是否接入进来。这也就决定了激励单元200导通电流的时间。三种避雷器151的装配结构各有其优势，避雷器151具体的装配方案需要结合直流断路器100具体的使用工况来决定。
作为一种可选的实施方式，所述吸能支路150还可以包括多个避雷器151，所述多个避雷器151之间串联连接，或所述多个避雷器151之间并联连接。所述避雷器151包括阀型避雷器151、管型避雷器151或氧化锌避雷器151中的至少一种。为了使得本申请实施例中直流断路器100的工作原理以及有益效果更加清晰易懂。现以图8中示出的直流断路器100为例，分别说明在不同工况下，本申请中的直流断路器100是如何工作的。
请参阅图15，图15为本申请实施例提出的直流电路器100开断小电流时的电流变化图。其中，I1为通流支路中的电流，I2为激励单元200中的电流。当需要开断小电流工况的时候，控制单元130给强迫谐振换流支路120发出控制命令，由图中可以看到，强迫谐振换流支路120只需要运行较短时间就能产生满足要求的谐振电流。传统的有源振荡换流技术在开断小电流时，由于电流变化率太大，导致机械开关111很容易被击穿，从而导致电流开断失败。但在本申请实施例中，只需要产生较小的谐振电流，即可快速关断通流支路。
请参阅图16，图16为本申请实施例提出的直流电路器100开断正常工作电流时的电流变化图。其中，I1为通流支路110中的电流，I2为激励单元200中的电流。当需要开断正常电流工况的时候，控制单元130给强迫谐振换流支路120发出控制命令，由图中可以看到，强迫谐振换流支路120需要运行一定时间才能产生满足要求的谐振电流。即，此工况下，只要产生幅值一定的谐振电流即可。避免在短时间内电流变化率过大导致机械开关击穿的问题。
请参阅图17，图17为本申请实施例提出的直流电路器100开断大电流时的电流变化图。其中，I1为通流支路110中的电流，I2为激励单元200中的电流。当需要开断大电流工况的时候，控制单元130给强迫谐振换流支路120发出控制命令，强迫谐振换流支路120需要运行较长时间才能产生满足要求的谐振电流。即可避免在短时间内电流变化率过大导致机械开关击穿的问题。
由上述图15至图17可知，本申请实施例提供的直流断路器100可通过上述设计实现双向全范围故障电流的开断，同时避免短时间内电流变化率过大导致机械开关111击穿的问题。本申请实施例还提供一种电力系统，所述电力系统包括以上实施例中所述的基于强迫谐振换流原理的直流断路器100。可选地，所述电力系统还可以包括与所述直流断路器连接的其他电力设施，如，输电、配电线路、电源以及负载等。
综上所述，本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器100及电力系统，可以实现双向全区域故障电流的开断，采用强迫谐振换流支路120中的激励单元200配合由电感和电容组成的谐振单元300产生幅值逐渐提高的谐振电流，直到增长到与故障电流幅值相当。在关断小电流时，只需要产生幅值较小的谐振电流，关断大电流时，产生的谐振电流幅值变大，有利于关断小电流工况的电流开断，避免了传统有源振荡换流技术在开断小电流时，由于电流变化率太大而导致机械开关111很容易被击穿，从而导致电流开断失败的情况，提高了小电流工况的关断成功率，减少部件损耗，降低维护成本。所述直流断路器100通过控制单元130精确地控制各个可控型器件导通和关断，以配合谐振电流的流通方向，当快速机械开关111中的动触头运动至满足绝缘要求的开距时，故障电流能够完全从机械开关111支路转移至换流支路，从而把燃弧时间缩短到最小。
另一方面，本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器100进一步优化了直流断路器100拓扑结构，使得直流断路器100的体积和成本可以进一步减少，并且提高了转移电流和开断故障电流的成功率，实现各个电压等级下以及全电流工况的快速可靠开断。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示所指代内容的相对重要性。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于强迫谐振换流原理的直流断路器，其特征在于，包括通流支路、强迫谐振换流支路及控制单元，其中，所述通流支路与所述强迫谐振换流支路并联连接；
所述通流支路串联于电力系统中，用于传输电流；
所述通流支路包括机械开关，所述强迫谐振换流支路包括串联的激励单元及谐振单元，所述控制单元与所述机械开关及激励单元连接，用于向所述机械开关发出分闸动作命令，并控制所述激励单元与所述谐振单元共同作用产生幅值逐渐增大的谐振电流，以使所述通流支路中的电流转移至所述强迫谐振换流支路中，其中，所述激励单元为多个，多个所述激励单元串联连接，或多个所述激励单元并联连接，所述控制单元用于控制每个所述激励单元的工作状态，以使所述激励单元与所述谐振单元共同作用产生幅值逐渐增大的谐振电流。
2.如权利要求1所述的直流断路器，其特征在于，所述激励单元包括第一连接端、第二连接端、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关及预储能子单元；
所述第一开关的一端与所述第一连接端电性连接，所述第一开关的另一端经由所述第三开关与所述第二连接端电性连接；
所述第二开关的一端与所述第一连接端电性连接，所述第二开关的另一端经由所述第四开关与所述第二连接端电性连接；
所述预储能子单元的一端电性连接于所述第一开关与所述第三开关之间，所述预储能子单元的另一端电性连接于所述第二开关与所述第四开关之间；
所述第一连接端与所述通流支路或所述谐振单元或所述第二连接端连接，所述第二连接端与所述通流支路或所述谐振单元或所述第一连接端连接；
所述控制单元与所述第一开关、第二开关、第三开关及第四开关连接，用于控制所述第一开关、第二开关、第三开关及第四开关的通断状态，以使所述预储能子单元根据所述第一开关、第二开关、第三开关及第四开关的通断状态向所述谐振单元提供电流，以使所述谐振单元作用产生谐振电流。
3.如权利要求2所述的直流断路器，其特征在于，所述预储能子单元包括预充电电容，所述预充电电容用于根据所述第一开关、第二开关、第三开关及第四开关的通断状态向所述谐振单元提供电流，以使所述谐振单元作用产生谐振电流。
4.如权利要求3所述的直流断路器，其特征在于，所述预储能子单元包括多个预充电电容及多个选择开关；
每个预充电电容的一端经由所述选择开关电性连接于所述第一开关与所述第三开关之间，每个预充电电容的另一端电性连接于所述第二开关与所述第四开关之间；
所述控制单元与每个选择开关连接，用于控制每个选择开关的通断状态。
5.如权利要求2所述的直流断路器，其特征在于，所述直流断路器还包括充能单元，所述充能单元与所述控制单元及预储能子单元电性连接，用于根据所述控制单元的控制为所述预储能子单元充能。
6.如权利要求5所述的直流断路器，其特征在于，所述直流断路器还包括吸能支路，所述吸能支路与所述通流支路并联连接；
所述吸能支路包括避雷器，所述避雷器用于限制所述谐振单元作用于所述机械开关两端的电压，以保护所述机械开关。
7.如权利要求6所述的直流断路器，其特征在于，所述吸能支路包括多个避雷器，所述多个避雷器之间串联连接，或所述多个避雷器之间并联连接。
8.如权利要求7所述的直流断路器，其特征在于，所述避雷器包括阀型避雷器、管型避雷器或氧化锌避雷器中的至少一种。
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