CN113964807A - 一种直流开断装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及开关技术领域，提供了一种直流开断装置及其控制方法，包括；主通流支路、振荡支路和放电支路；所述主通流支路、所述振荡支路和所述放电支路相互并联连接；其中，所述放电支路合闸及分闸操作，配合所述震荡支路使振荡电容电压维持在最低允许值与最高允许值之间。本申请通过设置相互并联的主通流支路、振荡支路和放电支路，实现了主通流开关人工过零。同时提出了直流开断装置控制方法，利用振荡电容和放电电阻之间的充放电过程的控制方法，实现对直流系统能量的释放，完成直流开断，避免了使用大量并联的氧化锌非线性电阻MOV，节省了设备成本和占地。
Description
技术领域
本申请涉及开关技术领域，具体为一种直流开断装置及其控制方法。
背景技术
虽然近年来柔性直流输电技术(VSC-HVDC)取得了长足进步，但目前国内外所建设的柔性直流工程均还未能够像交流输电一样形成输电网络。重要的技术瓶颈就是——还没有合适的直流断路器来满足柔性直流输电网络电压等级、开断电流、时间以及损耗等的要求。可以说高压直流断路器技术的空白阻碍了高压直流输电进一步构建电网拓扑的实现。
此外，我国城市轨道交通直流牵引供电系统中的直流断路器，目前基本采用的是国外空气式原理的产品。空气式直流断路器存在开断速度慢、开断过程燃弧严重、短路开断次数低以及运维工作量大等问题，且国内厂家在材料工艺方面未取得突破，还无法实现自主可控。
因此，直流断路器已成为国内外研究的热点，国内也提出了众多不同的电路拓扑，但几乎所有原理的电路拓扑中均包括了金属氧化锌非线性电阻(MOV)耗能支路，用来限制开断过电压以及吸收直流系统中的短路能量。
MOV耗能支路采用大量氧化锌非线性电阻串并联，其多柱之间的均流一致性很难控制。即一旦某一个电阻发生故障，将会导致整柱电流过大，极端情况下发生爆炸。此外，MOV成本高，体积庞大，成为了直流断路器中较为薄弱的组成元件。
发明内容
为了解决或至少部分地解决上述技术问题，本申请提供一种直流开断装置，包括；主通流支路、振荡支路和放电支路；
所述主通流支路、所述振荡支路和所述放电支路相互并联连接；
其中，所述放电支路合闸及分闸操作，配合所述震荡支路使振荡电容电压维持在最低允许值与最高允许值之间。
本申请通过设置相互并联的主通流支路、振荡支路和放电支路，实现了主通流开关人工过零。
优选的，所述振荡电容的一端与所述振荡电感的一端连接，所述振荡电感的另一端与所述触发开关的一端连接，所述振荡电容的另一端、所述触发开关的另一端分别与所述主通流开关的两端相连，所述充电电源与所述振荡电容并联连接，所述振荡电容的一端与所述振荡电感的一端连接，所述振荡电感的另一端与所述触发开关的一端连接，所述振荡电容的另一端、所述触发开关的另一端分别与所述主通流开关的两端相连，所述充电电源与所述振荡电容并联连接。
优选的，所述放电支路包括放电开关、放电电阻；
其中，所述放电开关的一端与所述振荡电容的一端相连，所述放电开关的另一端与所述放电电阻的一端相连接，所述放电电阻的另一端与所述振荡电容的另一端相连。
优选的，所述触发开关和放电开关均为机械开关、电力电子固态开关以及可控触发间隙中的一种。
优选的，所述振荡电感为独立外置电感，或者为回路连接导体自身电感。
本申请还提供了，一种直流开断装置的控制方法，包括以下步骤：
S11、控制主通流支路分闸；
S12、控制振荡支路合闸，以向主通流支路中注入反向电流；
S13、检测振荡支路电压，判断该电压值是否超过最高允许电压预设值，若超过，则控制振荡支路合闸，同时放电支路合闸；
S14、合闸电支路后，当振荡支路中振荡电容电压降低至最低允许电压预设值，放电支路分闸；
S15、重复S13和S14，以使振荡电容电压维持在最低允许值与最高允许值之间；直至电流衰减到零。
优选的，在步骤S12中，控制振荡回路触发开关合闸，且合闸的的延时时间大于主通流开关的分闸时间，振荡电容通过振荡电感向主通流开关注入反向电流。
优选的，在步骤S13中，主通流开关中电流产生过零点，将电流转移至振荡电容回路，当振荡电容电压超过最高允许电压预设值时，控制放电开关合闸。
优选的，在步骤S14中，最低允许电压大于直流系统电压。
优选的，在步骤S15中，重复S13和S14，控制放电开关的分合，使放电电阻302的处于接入状态或者断开状态，将振荡电容电压维持在最低允许值与最高允许值之间，直至电流衰减到零。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
本申请实施例提供的直流开断装置，通过设置主通流支路、振荡支路和放电支路，实现了主通流开关人工过零。
同时提出了直流开断装置控制方法，利用振荡电容和放电电阻之间的充放电过程的控制方法，实现对直流系统能量的释放，完成直流开断，避免了使用大量并联的氧化锌非线性电阻MOV，节省了设备成本和占地。
附图说明
图1是本申请实施例提供的直流开断装置的电路原理示意图；
图2是本申请实施例提供的直流开断装置的控制方法流程示意图；
图3是本申请实施例提供的直流短路电流典型开断波形示意图。
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，以下将结合附图和实施例，对本申请技术方案的具体实施方式进行更加详细、清楚的说明。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本申请的限制。其只是包含了本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域技术人员对于本申请的各种变化获得的其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本公开的描述中，需要理解的是，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，仅是为了便于描述本公开和简化描述，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公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连 "、"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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
本申请发明人发现，目前市场上的直流开断装置，MOV耗能支路采用大量氧化锌非线性电阻串并联，其多柱之间的均流一致性很难控制，一旦某一个电阻片发生故障，将会导致整柱电流过大，极端情况下发生爆炸。
为此，本申请实施例提供了一种直流开断装置，通过设置主通流支路、振荡支路和放电支路，实现了主通流开关人工过零、
同时提出了直流开断装置控制方法，利用振荡电容和放电电阻之间的充放电过程的控制方法，实现对直流系统能量的释放，完成直流开断，避免了使用大量并联的氧化锌非线性电阻MOV，节省了设备成本和占地。
下面结合具体的实施例进行详细说明。
实施例1
参见图1所示，图1是本申请实施例提供的直流开断装置的电路原理示意图；该直流开断装置包括主通流支路10、振荡支路20和放电支路30；且主通流支路10、振荡支路 20和放电支路30相互并联连接。
主通流支路10可以包括主通流开关101，主通流开关101可以分别与振荡支路20和放电支路30并联。
振荡支路20可以包括振荡电容201、振荡电感203、触发开关204、充电电源202。其中，
振荡电容201的一端与振荡电感203的一端连接，振荡电感203的另一端与触发开关 204的一端连接，振荡电容201的另一端、触发开关204的另一端分别与主通流开关101的两端相连，充电电源202与振荡电容201并联连接。
放电支路可以包括放电开关301、放电电阻302。其中，放电开关301的一端与振荡电容201的一端相连，放电开关301的另一端与放电电阻302的一端相连接，放电电阻302 的另一端与振荡电容201的另一端相连。
其中，触发开关204和放电开关301可以为机械开关、电力电子固态开关以及可控触发间隙。
振荡电感203可以为独立外置电感，也可以为回路连接导体自身电感。
实施例2
本申请实施例提供了直流开断装置的控制方法，参见图2所示，图2是本申请实施例提供的直流开断装置的控制方法流程示意图；该方法包括：
S11、控制主通流支路10中的主通流开关101分闸；
S12、控制振荡支路20合闸，以向主通流支路10中注入反向电流；
具体的，该步骤S12中，控制振荡回路触发开关204合闸，合闸的的延时时间大于主通流开关101的分闸时间，振荡电容201通过振荡电感203向主通流开关101注入反向电流；
S13、检测振荡支路20中振荡电容201电压，判断该电压值是否超过最高允许电压预设值，若超过，则控制振荡支路20合闸，同时放电支路30合闸；
主通流开关101中电流因振荡电容201注入的反向电流产生过零点，将电流转移至振荡电容回路，当振荡电容201电压超过最高允许电压预设值，控制放电开关301合闸，投入放电电阻302；
S14、合闸电支路30后(即投入放电电阻302后)，当振荡支路20中振荡电容201 电压降低至最低允许电压预设值，放电支路30分闸；
本步骤中，控制放电开关301分闸，最低允许电压通常大于直流系统电压；
S15、重复S13和S14，以使振荡电容电压维持在最低允许值与最高允许值之间；
具体的，该步骤中，重复S13和S14，通过控制放电开关301的分合，控制放电电阻302的投入和退出，使放电电阻302处于接入状态(即接入电路)或者断开状态(即未接入电路)，将振荡电容电压维持在最低允许值与最高允许值之间，直至电流衰减到零。
参见图3所示，图3是本申请实施例提供的直流短路电流典型开断波形示意图。主通流开关101首先分闸，然后触发开关204合闸，在主通流开关101产生反向电流，使得主通流开关电流过零，然后根据振荡电容201电压高于预设值(一般大于系统额定的直流电压)后，控制放电开关301合闸，投入放电电阻302，此时直流短路电流开始下降，当振荡电容201电压低于预设值时(一般大于系统额定的直流电压)，控制放电开关301分闸，退出放电电阻302，此时直流短路电流开始上升。重复控制放电开关301的分、合闸，直到直流短路电流下降到0。
本申请实施例提供的技术方案，通过设置主通流支路10、振荡支路20和放电支路30，实现了主通流开关人工过零，同时提出了利用振荡电容和放电电阻之间的充放电过程的控制方法，实现对直流系统能量的释放，完成直流开断，避免了使用大量并联的氧化锌非线性电阻MOV，也降低了多柱并联MOV因分流不均导致过热损坏，提高了设备可靠性，同时节省了设备成本和占地。
尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种直流开断装置，其特征在于，该装置包括：主通流支路、振荡支路和放电支路；
所述主通流支路、所述振荡支路和所述放电支路相互并联连接；
其中，所述放电支路合闸及分闸操作，配合所述震荡支路使振荡电容电压维持在最低允许值与最高允许值之间。
2.根据权利要求1所述的直流开断装置，其特征在于，所述振荡支路包括振荡电容、振荡电感、触发开关、充电电源；
所述振荡电容的一端与所述振荡电感的一端连接，所述振荡电感的另一端与所述触发开关的一端连接，所述振荡电容的另一端、所述触发开关的另一端分别与所述主通流开关的两端相连，所述充电电源与所述振荡电容并联连接。
3.根据权利要求2所述的直流开断装置，其特征在于，所述放电支路包括放电开关、放电电阻；
其中，所述放电开关的一端与所述振荡电容的一端相连，所述放电开关的另一端与所述放电电阻的一端相连接，所述放电电阻的另一端与所述振荡电容的另一端相连。
4.根据权利要求3所述的直流开断装置，其特征在于，所述触发开关和所述放电开关均为机械开关、电力电子固态开关以及可控触发间隙中的一种。
5.根据权利要求2所述的直流开断装置，其特征在于，所述振荡电感为独立外置电感，或者为回路连接导体自身电感。
6.一种直流开断装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S11、控制主通流支路分闸；
S12、控制振荡支路合闸，以向主通流支路中注入反向电流；
S13、检测振荡支路电压，判断该电压值是否超过最高允许电压预设值，若超过，则控制振荡支路合闸，同时放电支路合闸；
S14、合闸电支路后，当振荡支路中振荡电容电压降低至最低允许电压预设值，放电支路分闸；
S15、重复S13和S14，以使振荡电容电压维持在最低允许值与最高允许值之间；直至电流衰减到零。
7.根据权利要求6所述的一种直流开断装置的控制方法，其特征在于，在步骤S12中，控制振荡回路触发开关合闸，且合闸的的延时时间大于主通流开关的分闸时间，振荡电容通过振荡电感向主通流开关注入反向电流。
8.根据权利要求7所述的一种直流开断装置的控制方法，其特征在于，在步骤S13中，主通流开关中电流产生过零点，将电流转移至振荡电容回路，当振荡电容电压超过最高允许电压预设值时，控制放电开关合闸。
9.根据权利要求6所述的一种直流开断装置的控制方法，其特征在于，在步骤S14中，最低允许电压大于直流系统电压。
10.根据权利要求8所述的一种直流开断装置的控制方法，其特征在于，在步骤S15中，重复S13和S14，控制放电开关的分合，使放电电阻302的处于接入状态或者断开状态，将振荡电容电压维持在最低允许值与最高允许值之间，直至电流衰减到零。
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| CN202111336912.2A CN113964807A (zh) | 2021-11-12 | 2021-11-12 | 一种直流开断装置及其控制方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114709796A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-07-05 | 西安交通大学 | 一种基于选相控制的发电机“失零”故障电流开断装置和方法 |
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2021
- 2021-11-12 CN CN202111336912.2A patent/CN113964807A/zh not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|---|
| CN114709796A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-07-05 | 西安交通大学 | 一种基于选相控制的发电机“失零”故障电流开断装置和方法 |
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