CN112968420B - 一种晶闸管型混合式直流断路器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶闸管型混合式直流断路器及其控制方法，所述直流断路器的拓扑结构包括一个H桥电路、第一单向串联晶闸管支路T1以及与之并联的避雷器MOV、两个阻容放电支路、两个大小相同的电抗器和一个残余电流开关；分别包括正常运行状态和故障断流状态的控制策略。与现有技术相比，本发明所设计的断路器的工程实际制造难度显著降低；此外，晶闸管的耐压、耐流能力更大，在高压大容量应用时所需要的串并联数量显著减少，使得设备可靠性能够显著提升；需要的晶闸管数量最少、所需要的驱动电路也最少，且无需附加充电电路，因此造价成本最低，设备可靠性也能显著提高。

Description

一种晶闸管型混合式直流断路器及其控制方法
技术领域
本发明涉及直流输/配/微电网领域，特别是涉及一种新型晶闸管型混合式直流断路器。
背景技术
柔性直流电网在可再生能源发电集中接入、无源网络供电、异步电网互联等方面具有突出技术优势，因此被认为是未来电力系统发展的一次重要革命。但是与交流电网和常规直流输电系统相比，柔性直流电网故障电流上升速度快、幅值高、并且无自然过零点，因此对故障隔离技术提出了极为苛刻的技术要求。结合目前柔性直流电网实际工程，一般要求直流断路器在几个毫秒内快速切除数十kA的直流故障电流。
目前，混合式直流断路器是柔性直流电网中最为典型的直流断路器类型。其中，基于全控型电力电子器件(例如绝缘栅双极晶体管，Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)的混合式直流断路器利用全控型电力电子器件实现混合式直流断路器中主断路器支路的快速开断。目前，国内外多家电气厂商已具备百千伏/数十千安/毫秒级的混合式直流断路器制造能力。混合式直流断路器另一种技术方案是利用晶闸管构造主断路器支路。与IGBT等全控型器件相比，晶闸管在工业制造技术、高压大容量技术等方面更加成熟。因此能够显著提高断路器的工业制造难度和设备可靠性。晶闸管型直流断路器的主要技术难点在于如何在完成电流转移后，可靠关断主断路器支路中的晶闸管。
发明内容
本发明基于上述发明背景中存在的问题，提出了一种晶闸管型混合式直流断路器及其控制方法，设计了适用于柔性直流电网的晶闸管型混合式直流断路器拓扑结构。
本发明为解决上述问题而采取的技术方案如下：
一种晶闸管型混合式直流断路器，所述直流断路器包括一个H桥电路、第一单向串联晶闸管支路T1以及与之并联的避雷器MOV、两个阻容放电支路、两个大小相同的电抗器和一个残余电流开关；其中：
H桥电路由两个负荷支路即负荷支路一和负荷支路二、以及两个串联二极管支路即第一串联二极管支路和第二串联二极管支路构成；负荷支路一和第一串联二极管支路D1串联，负荷支路二和第二串联二极管支路D2串联；负荷支路一和第一串联二极管支路D1的串联电路与负荷支路二和第二串联二极管支路D2的串联电路同向并联形成H桥电路，其中负荷支路一、二相连，第一、第二串联二极管支路相连；
第一单向串联晶闸管支路T1的阳极侧与负荷支路一和负荷支路二的公共连接点相连，阴极侧则与第一串联二极管支路D1和第二串联二极管支路D2的公共连接点相连。第一电抗器L1和残余电流开关RCB串联后与负荷支路一和第一串联二极管支路D1的公共连接点相连，第二电抗器L2则与负荷支路二和第二串联二极管支路D2的公共连接点相连；
第一阻容放电支路一端与第一串联二极管支路D1和第二串联二极管支路D2的公共连接点相连，另一端接地；
第二阻容放电支路的晶闸管阳极侧与所述负荷支路一和负荷支路二的公共连接点相连，另一端接地。
所述第一阻容放电支路由电容C1和电阻R1并联构成；所述第二阻容放电支路由电容C2和电阻R2并联之后再与第二单向串联晶闸管支路T2串联构成。
基于本发明的一种晶闸管型混合式直流断路器的控制方法，包括正常运行状态和故障断流状态的控制策略，其特征在于，所述控制策略具体包括以下处理：
在正常运行状态下，负荷支路一和负荷支路二中的快速开关和电流转移开关均处于导通状态，第一、第二单向串联晶闸管支路均处于关断状态，负荷电流只流经两个负荷支路；
在故障发生并接收到保护跳闸信号以后，断路器进入断流状态：
首先快速关断故障侧的单向电流转移开关，并导通第一单向串联晶闸管支路T1，将故障电流转移至第一单向串联晶闸管支路T1，同时打开故障侧的快速开关；
当快速开关介质强度恢复到足够耐受瞬态恢复电压以后，移除第一单向串联晶闸管支路T1的门信号，并迅速导通第二阻容放电支路中的第二单向串联晶闸管支路T2；在该操作下，第一单向串联晶闸管支路T1被可靠关断，故障电流被避雷器MOV泄放，快速衰减到零；随着第二阻容放电支路中的电容充电过程很快结束，充电电流也快速变为零；
然后，在直流线路故障电流衰减到零或者近似于零以后，打开残余电流开关，移除第二单向串联晶闸管支路T2的门信号；
直流断路器完成故障断流期间的全部操作。
与传统基于IGBT的混合式直流断路器和现有的晶闸管型混合式直流断路器相比，本发明提出的一种新型的晶闸管型混合式直流断路器及其控制方法主要具有以下几个优点：
1)相比于IGBT，晶闸管制造工艺更加成熟，因此使得断路器的工程实际制造难度显著降低；此外，晶闸管的耐压、耐流能力更大，在高压大容量应用时所需要的串并联数量显著减少，使得设备可靠性能够显著提升；
2)与现有的基于晶闸管的混合式直流断路器相比，本发明提出的晶闸管型混合式直流断路器所需要的晶闸管数量最少、所需要的驱动电路也最少，且无需附加充电电路，因此造价成本最低，设备可靠性也能显著提高。
附图说明
图1为本发明的一种晶闸管型混合式直流断路器拓扑结构示意图。
图2为本发明的一种晶闸管型混合式直流断路器在正常运行状态和故障后断流状态时的工作原理示意图：(2a)为系统正常运行时断路器的工作原理；(2b)为系统故障后断路器断流状态阶段1时的工作原理；(2c)为系统故障后断路器断流状态阶段2时的工作原理；(2d)为系统故障后断路器断流状态阶段3时的工作原理。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述。
如图1所示，为本发明的一种晶闸管型混合式直流断路器拓扑结构示意图。该结构包括一个H桥电路、一个单向串联晶闸管支路T1以及与之并联的避雷器MOV(Metal OxideVaristors，MOV)、两个阻容放电支路、两个大小相同的电抗器和一个残余电流开关。其中H桥电路由两个负荷支路、两个串联二极管支路构成。负荷支路一由第一快速开关UFD1和第一单向电流转移开关LCS1串联构成，负荷支路二由第二快速开关UFD2和第二单向电流转移开关LCS2串联构成；负荷支路一和第一串联二极管支路D1串联，负荷支路二和第二串联二极管支路D2串联；负荷支路一和第一串联二极管支路D1的串联电路与负荷支路二和第二串联二极管支路D2的串联电路同向并联形成H桥电路，其中负荷支路一、二相连，第一、第二串联二极管支路相连。
第一单向串联晶闸管支路T1的阳极侧与负荷支路一和负荷支路二的公共连接点相连，阴极侧则与第一串联二极管支路D1和第二串联二极管支路D2的公共连接点相连。第一电抗器L1和残余电流开关RCB串联后与负荷支路一和第一串联二极管支路D1的公共连接点相连，第二电抗器L2则与负荷支路二和第二串联二极管支路D2的公共连接点相连。
第一阻容放电支路由电容C1和电阻R1并联构成，其中一端与第一串联二极管支路D1和第二串联二极管支路D2的公共连接点相连，另一端接地。所述第二阻容放电支路由电容C2和电阻R2并联之后再与第二单向串联晶闸管支路T2串联构成，其中第二阻容放电支路的晶闸管阳极侧与所述负荷支路一和负荷支路二的公共连接点相连，另一端接地。
如图2所示为本发明的一种晶闸管型混合式直流断路器的工作原理，主要包括正常运行状态和故障断流状态。
(a)表示正常运行状态：在正常运行状态下，负荷支路一和负荷支路二中的快速开关和电流转移开关均处于导通状态，第一单向串联晶闸管支路T1和第二单向串联晶闸管支路T2均处于关断状态，负荷电流只流经负荷支路。
在故障发生并接收到保护跳闸信号以后，断路器进入断流状态，以断路器右侧故障为例：
(b)表示第一断流状态阶段，具体工作过程为：首先快速关断故障侧的单向电流转移开关，即关断第二单向电流转移开关LCS2(反之，左侧故障时则关断第一单向电流转移开关LCS1)，并导通第一单向串联晶闸管支路T1，故障电流转移至第一单向串联晶闸管支路T1，同时打开故障侧的第二快速开关UFD2(反之，左侧故障时则打开第一快速开关UFD1)。
(c)表示为第二断流状态阶段，具体工作过程为：当快速开关介质强度恢复到足够耐受瞬态恢复电压以后，移除第一单向串联晶闸管支路T1的门信号，并迅速导通第二阻容放电支路中的第二单向串联晶闸管支路T2。在该操作下，第一单向串联晶闸管支路T1在第一阻容放电支路中电容C1的反向放电电流作用下被可靠关断，故障电流被与第一单向串联晶闸管支路T1并联的避雷器MOV泄放，快速衰减到零。此外，由于第二阻容放电支路中的电容充电过程很快结束，充电电流也快速变为零。
(d)表示第三断流状态阶段，具体工作过程为：在直流线路故障电流衰减到零(或者一个很小的值)以后，打开残余电流开关RCB，移除第二单向串联晶闸管支路T2的门信号，T2被可靠关断。
至此，所提出的晶闸管型混合式直流断路器完成全部故障断流过程。

Claims (3)

1.一种晶闸管型混合式直流断路器，其特征在于，所述直流断路器包括一个H桥电路、第一单向串联晶闸管支路T1以及与之并联的避雷器MOV、两个阻容放电支路、两个大小相同的电抗器和一个残余电流开关；其中：
H桥电路由两个负荷支路即负荷支路一和负荷支路二、以及两个串联二极管支路即第一串联二极管支路和第二串联二极管支路构成；负荷支路一和第一串联二极管支路D1串联，负荷支路二和第二串联二极管支路D2串联；负荷支路一和第一串联二极管支路D1的串联电路与负荷支路二和第二串联二极管支路D2的串联电路同向并联形成H桥电路，其中负荷支路一、二相连，第一、第二串联二极管支路相连；
第一单向串联晶闸管支路T1的阳极侧与负荷支路一和负荷支路二的公共连接点相连，阴极侧则与第一串联二极管支路D1和第二串联二极管支路D2的公共连接点相连；第一电抗器L1和残余电流开关RCB串联后与负荷支路一和第一串联二极管支路D1的公共连接点相连，第二电抗器L2则与负荷支路二和第二串联二极管支路D2的公共连接点相连；
第一阻容放电支路一端与第一串联二极管支路D1和第二串联二极管支路D2的公共连接点相连，另一端接地；
第二阻容放电支路由电容C2和电阻R2并联之后再与第二单向串联晶闸管支路T2串联构成，其中第二阻容放电支路的晶闸管阳极侧与所述负荷支路一和负荷支路二的公共连接点相连，另一端接地。
2.如权利要求1所述的一种晶闸管型混合式直流断路器，其特征在于，所述第一阻容放电支路由电容C1和第一电阻R1并联构成；所述第二阻容放电支路由电容C2和第二电阻R2并联之后再与第二单向串联晶闸管支路T2串联构成。
3.基于如权利要求1所述的一种晶闸管型混合式直流断路器的控制方法，包括正常运行状态和故障断流状态的控制策略，其特征在于，所述控制策略具体包括以下处理：
在正常运行状态下，负荷支路一和负荷支路二中的快速开关和电流转移开关均处于导通状态，第一、第二单向串联晶闸管支路均处于关断状态，负荷电流只流经两个负荷支路；
在故障发生并接收到保护跳闸信号以后，断路器进入断流状态：
首先快速关断故障侧的单向电流转移开关，并导通第一单向串联晶闸管支路T1，将故障电流转移至第一单向串联晶闸管支路T1，同时打开故障侧的快速开关；
当快速开关介质强度恢复到足够耐受瞬态恢复电压以后，移除第一单向串联晶闸管支路T1的门信号，并迅速导通第二阻容放电支路中的第二单向串联晶闸管支路T2，所述第二阻容放电支路中电容C2和电阻R2并联之后再与第二单向串联晶闸管支路T2串联；在该操作下，第一单向串联晶闸管支路T1被可靠关断，故障电流被避雷器MOV泄放，快速衰减到零；随着第二阻容放电支路中的电容充电过程很快结束，充电电流也快速变为零；
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108418196A (zh) * 2018-01-17 2018-08-17 天津大学 适用于柔性直流电网的电流转移型故障限流器及其控制方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104979795B (zh) * 2014-04-08 2018-10-09 国家电网公司 一种无源型高压直流断路器及其实现方法
CN105281287B (zh) * 2015-10-22 2018-08-07 中国科学院电工研究所 一种基于晶闸管的具备双向阻断功能的直流断路器拓扑
CN105870877B (zh) * 2016-03-14 2019-12-13 全球能源互联网研究院 一种基于晶闸管的无源型混合直流断路器及其应用方法
CN106026012B (zh) * 2016-06-29 2018-01-09 中国西电电气股份有限公司 一种混合式有源型高压直流断路器
CN107086555B (zh) * 2017-05-31 2019-02-22 天津大学 一种具有自适应限流能力的直流固态断路器控制方法
CN108092253B (zh) * 2017-12-29 2020-02-18 东南大学 一种直流电网用电容型混合直流断路器及其控制方法
CN108597926A (zh) * 2018-01-12 2018-09-28 山东大学 一种混合式直流断路器拓扑结构及其控制方法
CN109742739A (zh) * 2018-12-18 2019-05-10 华北电力大学 一种新型多端口限流式直流断路器及其控制方法
CN109861183B (zh) * 2019-01-18 2020-08-18 华南理工大学 一种直流断路器及其使用方法
CN109787206A (zh) * 2019-03-06 2019-05-21 华北电力大学 一种适用于多端直流和直流电网的阻容型限流式直流断路器拓扑
CN112332387A (zh) * 2020-11-26 2021-02-05 华北电力大学 一种适用于直流电网的具备重合闸判断能力的电容换流型直流断路器拓扑

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108418196A (zh) * 2018-01-17 2018-08-17 天津大学 适用于柔性直流电网的电流转移型故障限流器及其控制方法

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