CN114204517B - 一种混合式直流断路器及其控制方法 - Google Patents
一种混合式直流断路器及其控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114204517B CN114204517B CN202111507169.2A CN202111507169A CN114204517B CN 114204517 B CN114204517 B CN 114204517B CN 202111507169 A CN202111507169 A CN 202111507169A CN 114204517 B CN114204517 B CN 114204517B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- full
- branch
- current
- solid
- state switch
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 2
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 108010001267 Protein Subunits Proteins 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 230000005685 electric field effect Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000033772 system development Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
- H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
- H01H9/54—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere
- H01H9/56—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/02—Details
- H02H3/025—Disconnection after limiting, e.g. when limiting is not sufficient or for facilitating disconnection
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
Abstract
本说明书实施例具体公开了一种混合式直流断路器及其控制方法，所述直流断路器包括：并联连接的通流支路、转移支路、缓冲支路以及耗能支路；通流支路包括串联连接的机械开关和换流固态开关，转移支路包括串联连接的晶闸管固态开关和全桥模块固态开关，缓冲支路中包括高压脉冲电容器，所述耗能支路中包括避雷器；在正常工作状态时，工作电流只通过所述通流支路，在发生故障时，故障电流从通流支路依次转移至所述转移支路、缓冲支路、耗能支路。通过将晶闸管器件、机械开关以及全控型固态开关等的串并联构建出混合式直流断路器，实现了电压等级的提升，不仅耐受故障电流的能力更强，而且降低了半导体器件的成本，具有较好的经济性。
Description
技术领域
本说明书属于低频输电技术领域，尤其涉及一种混合式直流断路器及其控制方法。
背景技术
柔性直流技术在分布式新能源发电与储能接入、无源网络供电、异步电网互联等方面优势明显，是未来电力系统发展的重要方向之一。而直流断路器是构建柔性直流电网的关键设备之一，其一般可分为固态式、机械式和混合式三种类型。混合式直流断路器结合了机械开关的低损耗优势与固态开关的快速性特点，具备了较低的导通损耗和较短的分断时间，进而得到了学者们的广泛关注与研究。
一般的，混合式直流断路器中的固态开关一般采用的均是全控型器件(例如，绝缘栅双极晶体管，Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，但是，尽管混合式直流断路器性能优越，但是IGBT器件较高的成本限制了其广泛应用。特别是应用于高电压大电流场合时，固态开关就需要大量IGBT器件的串、并联使用，导致IGBT器件占据了混合式直流断路器的主要成本，进一步影响混合式直流断路器的推广应用。
发明内容
本说明书实施例的目的在于提供一种混合式直流断路器及其控制方法，降低了半导体器件的成本，提升了系统的稳定性。
一方面，本说明书实施例提供了一种混合式直流断路器，包括：并联连接的通流支路、转移支路、缓冲支路以及耗能支路；
所述通流支路包括串联连接的机械开关和换流固态开关，所述转移支路包括串联连接的晶闸管固态开关和全桥模块固态开关，所述缓冲支路中包括脉冲电容器，所述耗能支路中包括避雷器；
在正常工作状态时，工作电流只通过所述通流支路，在发生故障时，故障电流从所述通流支路依次转移至所述转移支路、所述缓冲支路、所述耗能支路。
进一步地，所述换流固态开关为全控型器件，且，所述换流固态开关双向电流开断的电力电子开关。
进一步地，所述换流固态开关为下述任意一种结构：
两个反向串联全控型器件；
四个二极管和一个全控型器件构成的全桥电路；
四个全控型器件和一个直流电容构成的全桥电路。
进一步地，所述晶闸管固态开关包括反向并联的两组晶闸管阀。
进一步地，所述全桥模块固态开关包括多个级联的全桥子模块，每个全桥子模块包括四个全控型器件和一个直流电容，所述四个全控型器件两两串联后并联连接，构成全桥电路，所述直流电容并联连接在所述全桥电路桥内，所述直流电容为预充电电容。
进一步地，所述换流固态开关为绝缘栅双极晶体管或集成门极换流晶闸管或电力场效应晶体管。
进一步地，所述晶闸管固态开关采用二极管整流桥，以实现双向电流导通。
另一方面，本说明书实施例提供了一种混合式直流断路器进行控制的方法，所述方法包括：
在正常工作状态时，通流支路中的机械开关和换流固态开关导通，转移支路中的晶闸管固态开关和全桥模块固态开关断开，工作电流只通过所述通流支路；
在发生故障时，所述混合式直流断路器接收到直流电网保护系统发送的分闸信号后，关断所述通流支路的换流固态开关，导通所述转移支路的晶闸管固态开关和全桥模块固态开关，故障电流换流转移至所述转移支路；
当所述通流支路的电流为零时，所述机械开关的触头开始分离，并处于零压无弧的分闸状态，当所述机械开关断口间的开距达到预定值后，将所述全桥模块固态开关关断，故障电流换流转移至缓冲支路；
故障电流给所述缓冲支路中的脉冲电容器充电，当所述脉冲电容器的电容电压达到所述耗能支路的避雷器的动作电压后，故障电流换流转移至所述耗能支路，利用所述耗能支路中的避雷器对故障电流进行泄放，直至所述故障电流衰减至零。
进一步地，所述全桥模块固态开关包括多个级联的全桥子模块，每个全桥子模块包括四个全控型器件和一个直流电容，所述四个全控型器件两两串联后并联连接，构成全桥电路，所述直流电容并联连接在所述全桥电路桥内，所述导通所述转移支路的晶闸管固态开关和全桥模块固态开关包括：
导通所述转移支路的晶闸管固态开关以及所述全桥模块固态开关中每个全桥子模块中的目标全控性器件对，所述目标全控性器件对为所述全桥子模块中连接在所述直流电容同一端的两个全控型器件。
进一步地，所述故障电流给所述缓冲支路中的脉冲电容器充电，包括：
所述故障电流给所述缓冲支路中的脉冲电容器充电指定时间后，导通所述全桥模块固态开关中每个全桥子模块中的指定全控性器件对，以使得所述晶闸管固态开关中的一个晶闸管阀承受直流所述全桥模块固态开关中的直流电容与所述脉冲电容器之间的电压差，承受反向电压进而恢复正向阻断能力，故障电流继续给所述脉冲电容器充电；
其中，所述指定全控性器件对为所述全桥子模块中的两个全控型器件，所述两个全控型器件一个连接在所述直流电容的一端，另一个连接在所述直流电容的另一端。
本说明书提供的混合式直流断路器及其控制方法，通过将晶闸管器件、机械开关以及全控型固态开关等的串并联构建出混合式直流断路器，实现了电压等级的提升，不仅耐受故障电流的能力更强，而且降低了半导体器件的成本，具有较好的经济性。并且，本说明书实施例所提出的混合式直流断路器控制方法适用于多端直流输电系统或直流电网系统，可以作为未来柔性直流技术组网的工程实施方案之一，特别是对成本较为敏感的中压领域，适用性广。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本说明书实施例提供的混合式直流断路器的结构示意意图；
图2(a)-图2(c)是本说明书一些实施例中换流固态开关的电路拓扑结构示意图；
图3(a)-图3(c)是本说明书一个实施例中全桥模块固态开关的电路拓扑以及控制方式示意图；
图4是本说明书一个实施例中混合式直流断路器的控制方法示意图；
图5(a)-图5(f)是本说明书一些实施例中基于半控型与全控型器件混联的混合式直流断路器的控制方法示意图；
图6是本说明书一个实施例中混合式直流断路器的开断过程中电压、电流及信号波形示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。
直流断路器结合了电力电子器件，是用于开断直流回路的断路器，实现直流开断的时刻是电流过零点。直流断路器一般可分为机械式直流断路器、固态直流断路器以及混合式直流断路器。
虽然本说明书提供了如下述实施例或附图所示的方法操作步骤或装置结构，但基于常规或者无需创造性的劳动在方法或装置中可以包括更多或者部分合并后更少的操作步骤或模块单元。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤或结构中，这些步骤的执行顺序或装置的模块结构不限于本说明书实施例或附图所示的执行顺序或模块结构。方法或模块结构的在实际中的装置、服务器或终端产品应用时，可以按照实施例或者附图所示的方法或模块结构进行顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境、甚至包括分布式处理、服务器集群的实施环境)。
图1是本说明书实施例提供的混合式直流断路器的结构示意意图，如图1所示，本说明书提供的混合式直流断路器的一个实施例中，混合式直流断路器可以包括：并联连接的通流支路1、转移支路2、缓冲支路3以及耗能支路4。
如图1所示，通流支路1中可以包括串联连接的机械开关FMS和换流固态开关LCS，转移支路2中可以包括串联连接的晶闸管固态开关TH和全桥模块固态开关SM，缓冲支路3中可以包括脉冲电容器CS，耗能支路4中可以包括避雷器MOV，避雷器的动作电压可以设置为直流系统电压的1.5至2倍。其中，脉冲电容器CS一般可以选用高压脉冲电容，在正常工作状态时，工作电流一般只通过通流支路1，但在发生故障时，可以通过本说明书实施例中提供的混合式断路器中的开关的配合，将故障电流从通流支路1中依次转移至转移支路2、缓冲支路3、耗能支路4，利用耗能支路4中的避雷器将故障电流泄放，以实现故障断开的功能，保障系统的安全性。
本说明书一些实施例中，机械开关FMS为快速机械开关可在零压无弧的工况下实现毫秒级的快速分闸，以快速实现故障分闸，降低损耗。
本说明书一些实施例中，换流固态开关LCS为全控型器件，并且可以实现双向电流开断的电力电子开关，以使得混合式直流断路器具备双向电流开断能力。
图2(a)-图2(c)是本说明书一些实施例中换流固态开关的电路拓扑结构示意图，如图2(a)-图2(c)所示，本说明书一些实施例中，换流固态开关LCS可以采用为下述任意一种结构：
两个反向串联全控型器件；
四个二极管和一个全控型器件构成的全桥电路；
四个全控型器件和一个直流电容构成的全桥电路。
具体地，如图2(a)所示，可以将2只全控型器件S11和S12反向串联构成换流固态开关LCS。如图2(b)所示，也可以将四个二极管D21、D22、D23、D24与全控型器件S2构成的全桥电路即为换流固态开关LCS，即四个二极管两两串联后并联构成全桥电路，并将全控型器件S2并联在全桥电路的桥内。如图2(c)所示，还可以将全控型器件S31、S32、S33、S34与直流电容C构成全桥电L路即构成换流固态开关LCS，具体如图2(c)所示，将四个全控型器件两两串联后并联构成全桥电路，并将全直流电容C并联在全桥电路的桥内。
本说明书一些实施例中，换流固态开关具体可以选择为绝缘栅双极晶体管(即IGBT)或集成门极换流晶闸管(即IGCT)或电力场效应晶体管(即IEGT)，采用全控型器件与晶闸管混合使用的方式构建出混合式直流断路器，不仅可以实现通过辅助电流的电流强迫过零技术来实现晶闸管器件的闭锁从而实现故障电流的开断，还大大降低了直流断路器的成本，为直流断路器的推广应用奠定了基础。
本说明书一些实施例中，如图1所示，晶闸管固态开关包括反向并联的两组晶闸管阀TH1、TH2，通过反向并联的两组晶闸管阀使得晶闸管固态开关可以实现可双向通流，进而使得混合式直流断路器具备双向电流开断能力。或者，本说明书一些实施例中，晶闸管固态开关也可以采用二极管整流桥的方式实现双向电流导通。
图3(a)-图3(c)是本说明书一个实施例中全桥模块固态开关的电路拓扑以及控制方式示意图，如图3(a)所示，本说明书一些实施例中，全桥模块固态开关包括多个级联的全桥子模块，每个全桥子模块包括四个全控型器件S1、S2、S3、S4和一个直流电容CSM，其中，四个全控型器件两两串联后并联连接，构成全桥电路，直流电容CSM并联连接在所述全桥电路桥内，直流电容CSM需要进行预充电。上述实施例中的高压脉冲电容器组CS无需预充电。
图4是本说明书一个实施例中混合式直流断路器的控制方法示意图，如图4所示，本说明书一个实施例中，利用上述实施例提供的混合式直流断路器进行故障断开的过程可以包括：
S402、在正常工作状态时，通流支路中的机械开关和换流固态开关导通，转移支路中的晶闸管固态开关和全桥模块固态开关断开，工作电流只通过所述通流支路。
S404、在发生故障时，所述混合式直流断路器接收到直流电网保护系统发送的分闸信号后，关断所述通流支路的换流固态开关，导通所述转移支路的晶闸管固态开关和全桥模块固态开关，故障电流换流转移至所述转移支路。
S406、当所述通流支路的电流为零时，所述机械开关的触头开始分离，并处于零压无弧的分闸状态，当所述机械开关断口间的开距达到预定值后，将所述全桥模块固态开关关断，故障电流换流转移至缓冲支路。
S408、故障电流给所述缓冲支路中的脉冲电容器充电，当所述脉冲电容器的电容电压达到所述耗能支路避雷器的动作电压后，故障电流换流转移至所述耗能支路，利用所述耗能支路中的避雷器对故障电流进行泄放，直至所述故障电流衰减至零。
具体的，图5(a)-图5(f)是本说明书一些实施例中基于半控型与全控型器件混联的混合式直流断路器的控制方法示意图，图5(a)表示基于半控型与全控型器件混联的混合式直流断路器的正常工作状态，如图5(a)所示，在正常运行状态下，通流支路1的快速机械开关FMS和换流固态开关LCS均处于导通状态。晶闸管固态开关TH和全桥模块固态开关SM处于关断状态，此时，工作电流只通过通流支路，通路支路1中只有机械开关FMS和换流固态开关LCS，在正常工作状态下，通路支路1的损耗比较小，可以长期运行。需要说明的是，本说明书实施例提供的混合式直流断路器具备双向电流开断能力，本说明书实施例中仅以系统正常运行时直流电流从左向右流动为例，按动作时序具体描述混合式直流断路器的开断过程。
如图5(b)所示，当线路侧发生故障时，直流断路器接收到直流电网保护系统发送的接收到分闸信号以后，直流断路器进入故障电流开断状态，以直流断路器右侧故障为例，此时，线路侧发生接地短路故障，故障电流流经通流支路1，图6是本说明书一个实施例中混合式直流断路器的开断过程中电压、电流及信号波形示意图，图6中，iM表示通流支路电流，iB表示转移支路电流与缓冲支路电流之和，iV表示耗能支路电流，vDCB表示直流断路器两端电压。如图6所示，t0时刻，线路侧发生接地短路故障，故障电流迅速上升，故障电流流经通流支路1。如图6所示，t1时刻，直流断路器在接收到直流电网保护系统的分闸命令后，会向通流支路1的换流固态开关LCS发送关断命令，几乎同时向转移支路2的晶闸管固态开关阀组TH1和全桥模块固态开关SM发送导通触发命令，以断开换流固态开关，并导通晶闸管固态开关和全桥模块固态开关，如图6所示，故障电流在t1～t2时间段内将从通流支路1换流至转移支路2。
如图3(b)所示，本说明书一个实施例中，在导通全桥模块固态开关时，可以仅保持全控型器件S1和S4处于导通状态、S2和S3处于关断状态，或，如图3(c)所示，仅保持全控型器件S1和S4处于关断状态、S2和S3处于导通状态。其中，全控型器件S1和S4可以称为目标全控性器件对，全控型器件S2和S3也可以称为目标全控性器件对，这样可以避免直流电容CSM短路，确保系统的安全性。
如图6所示，t2时刻，故障电流全部换流至转移支路2，如图5(c)所示，此时快速机械开关FMS开始分闸，此时，直流断路器两端的电压vDCB为转移支路2的通态压降，因此快速机械开关FMS可以认为在“零电压、零电流”的条件下分闸。
t3时刻，FMS开始分闸就是其内部触头开始分离，经过一定时间(例如2～3ms)后，其触头将分离至预定值(例如1～5mm)，此时可以耐受较高的暂态过电压。当FMS的断口间可以耐受暂态开断过电压后，全桥模块固态开关SM断开，如可以将全桥模块固态开关SM中全控型器件S1和S4(或S2和S3)关断。由于全桥模块固态开关SM中的直流电容CSM是预充电状态、且缓冲支路3电容CS的电压为零，则故障电流将会立即换流至缓冲支路3，故障电流开始对缓冲支路3的电容CS进行充电，如图5(d)所示。
本说明书一些实施例中，在故障电流给所述缓冲支路中的高压脉冲电容器充电指定时间后，导通全桥模块固态开关中每个全桥子模块中的指定全控性器件对，如图6所示，t4时刻，可以将全桥模块固态开关SM中全控型器件S1和S2开通，则晶闸管固态开关阀组TH1将会承受直流电容CSM和缓冲支路3的电容CS之间的电压差。晶闸管固态开关阀组TH1开始承受反向电压，如图5(e)所示。其中，S1连接在直流电容的一端，S2连接在直流电容的另一端，全控型器件S1和S2可以理解为指定全控性器件对。
如图6所示，t5时刻，晶闸管固态开关阀组TH1恢复正向阻断能力之后，故障电流继续给缓冲支路3的电容CS充电，直流断路器两端电压vDCB快速上升。
如图6所示，t6时刻，直流断路器两端电压vDCB达到耗能支路4的避雷器MOV的动作电压，则故障电流在t6～t7时间段内从缓冲支路3换流至耗能支路4，同时故障电流开始逐步下降、并吸收直流系统的中存储的能量，如图5(f)所示。
如图6所示，t8时刻，故障电流衰减至零，直流断路器最终完成故障电流开断。
其中，t0～t8时刻的具体时间段的控制，可以基于实际情况进行设置，本说明书实施例不做具体限定。
本说明书实施例中混合式直流断路器的控制可以由直流断路器的控制器或其他具有控制功能的设备进行，在接收到故障信号指令后，按照上述实施例所记载的方法依次控制各个开关的导通和断开，实现故障电流的断开。
本说明书实施例所提出的混合式直流断路器拓扑方案可通过晶闸管器件的串联实现电压等级的提升，与采用IGBT器件的混合式直流断路器相比，该方案的直流断路器不仅耐受故障电流的能力更强，而且降低了半导体器件的成本，具有较好的经济性。且，本说明书实施例所提出的混合式直流断路器控制方法适用于多端直流输电系统或直流电网系统，可以作为未来柔性直流技术组网的工程实施方案之一，特别是对成本较为敏感的中压领域，适用性广。
本说明书实施例还可以提供一种电子设备以及一种计算机存储介质，该设备以及一种计算机存储介质可以包括：至少一个处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现上述实施例的混合式直流断路器的控制方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参考即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于硬件+程序类实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参考方法实施例的部分说明即可。
虽然本说明书一个或多个实施例提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式资源数据更新环境)。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、产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、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参考即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参考方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上仅为本说明书一个或多个实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书一个或多个实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在权利要求范围之内。
Claims (7)
1.一种混合式直流断路器，其特征在于，包括：并联连接的通流支路、转移支路、缓冲支路以及耗能支路；
所述通流支路包括串联连接的机械开关和换流固态开关，所述转移支路包括串联连接的晶闸管固态开关和全桥模块固态开关，所述缓冲支路中包括脉冲电容器，所述耗能支路中包括避雷器；
在正常工作状态时，工作电流只通过所述通流支路，在发生故障时，故障电流从所述通流支路依次转移至所述转移支路、所述缓冲支路、所述耗能支路；
其中，所述晶闸管固态开关包括反向并联的两组晶闸管阀；所述全桥模块固态开关包括多个级联的全桥子模块，每个全桥子模块包括四个全控型器件和一个直流电容，所述四个全控型器件两两串联后并联连接，构成全桥电路，所述直流电容并联连接在所述全桥电路桥内，所述直流电容为预充电电容。
2.如权利要求1所述的混合式直流断路器，其特征在于，所述换流固态开关为全控型器件，且，所述换流固态开关双向电流开断的电力电子开关。
3.如权利要求2所述的混合式直流断路器，其特征在于，所述换流固态开关为下述任意一种结构：
两个反向串联全控型器件；
四个二极管和一个全控型器件构成的全桥电路；
四个全控型器件和一个直流电容构成的全桥电路。
4.如权利要求2所述的混合式直流断路器，其特征在于，所述换流固态开关为绝缘栅双极晶体管或集成门极换流晶闸管或电力场效应晶体管。
5.如权利要求1所述的混合式直流断路器，其特征在于，所述晶闸管固态开关采用二极管整流桥，以实现双向电流导通。
6.一种对上述权利要求1-5任一项所述混合式直流断路器进行控制的方法，其特征在于，所述方法包括：
在正常工作状态时，通流支路中的机械开关和换流固态开关导通，转移支路中的晶闸管固态开关和全桥模块固态开关断开，工作电流只通过所述通流支路；
在发生故障时，所述混合式直流断路器接收到直流电网保护系统发送的分闸信号后，关断所述通流支路的换流固态开关，导通所述转移支路的晶闸管固态开关和全桥模块固态开关，故障电流换流转移至所述转移支路；
当所述通流支路的电流为零时，所述机械开关的触头开始分离，并处于零压无弧的分闸状态，当所述机械开关断口间的开距达到预定值后，将所述全桥模块固态开关关断，故障电流换流转移至缓冲支路；
故障电流给所述缓冲支路中的脉冲电容器充电，当所述脉冲电容器的电容电压达到所述耗能支路的避雷器的动作电压后，故障电流换流转移至所述耗能支路，利用所述耗能支路中的避雷器对故障电流进行泄放，直至所述故障电流衰减至零；
所述故障电流给所述缓冲支路中的脉冲电容器充电，包括：
所述故障电流给所述缓冲支路中的脉冲电容器充电指定时间后，导通所述全桥模块固态开关中每个全桥子模块中的指定全控性器件对，以使得所述晶闸管固态开关中的一个晶闸管阀承受直流所述全桥模块固态开关中的直流电容与所述脉冲电容器之间的电压差，承受反向电压进而恢复正向阻断能力，故障电流继续给所述脉冲电容器充电；
其中，所述指定全控性器件对为所述全桥子模块中的两个全控型器件，所述两个全控型器件一个连接在所述直流电容的一端，另一个连接在所述直流电容的另一端。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述全桥模块固态开关包括多个级联的全桥子模块，每个全桥子模块包括四个全控型器件和一个直流电容，所述四个全控型器件两两串联后并联连接，构成全桥电路，所述直流电容并联连接在所述全桥电路桥内，所述导通所述转移支路的晶闸管固态开关和全桥模块固态开关包括：
导通所述转移支路的晶闸管固态开关以及所述全桥模块固态开关中每个全桥子模块中的目标全控性器件对，所述目标全控性器件对为所述全桥子模块中连接在所述直流电容同一端的两个全控型器件。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111507169.2A CN114204517B (zh) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | 一种混合式直流断路器及其控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111507169.2A CN114204517B (zh) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | 一种混合式直流断路器及其控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114204517A CN114204517A (zh) | 2022-03-18 |
| CN114204517B true CN114204517B (zh) | 2024-03-22 |
Family
ID=80652111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111507169.2A Active CN114204517B (zh) | 2021-12-10 | 2021-12-10 | 一种混合式直流断路器及其控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114204517B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114944642B (zh) * | 2022-06-09 | 2023-05-30 | 西南交通大学 | 一种基于液态金属复合式耗能装置 |
| CN116865737B (zh) * | 2023-09-04 | 2023-11-24 | 中国科学院电工研究所 | 基于全控型器件的直流固态断路器电路拓扑及控制方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104767170A (zh) * | 2014-01-06 | 2015-07-08 | 国家电网公司 | 一种混合式高压直流断路器及其实现方法 |
| CN105281303A (zh) * | 2015-10-14 | 2016-01-27 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种混合式高压直流断路器及其实现方法 |
| CN109904833A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-06-18 | 国网江苏省电力有限公司 | 一种直流断路器及其控制方法 |
| CN110993402A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-04-10 | 北京科技大学 | 一种双向开断的混合式直流断路器 |
| CN112003357A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-11-27 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 基于固态开关的电路控制方法和固态开关 |
| CN112510647A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-03-16 | 西安交通大学 | 一种振荡转移与固态开关相结合的直流断路器 |
| CN112802698A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-05-14 | 西安交通大学 | 一种具有强迫换流功能的混合式直流断路器 |
| CN113013832A (zh) * | 2021-03-08 | 2021-06-22 | 清华大学 | 一种基于无源耦合振荡的混合式直流断路器及其控制方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105790236B (zh) * | 2016-04-19 | 2018-03-13 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种直流电流关断装置及其控制方法 |
-
2021
- 2021-12-10 CN CN202111507169.2A patent/CN114204517B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104767170A (zh) * | 2014-01-06 | 2015-07-08 | 国家电网公司 | 一种混合式高压直流断路器及其实现方法 |
| CN105281303A (zh) * | 2015-10-14 | 2016-01-27 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种混合式高压直流断路器及其实现方法 |
| CN109904833A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-06-18 | 国网江苏省电力有限公司 | 一种直流断路器及其控制方法 |
| CN110993402A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-04-10 | 北京科技大学 | 一种双向开断的混合式直流断路器 |
| CN112003357A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-11-27 | 中车株洲电力机车研究所有限公司 | 基于固态开关的电路控制方法和固态开关 |
| CN112510647A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-03-16 | 西安交通大学 | 一种振荡转移与固态开关相结合的直流断路器 |
| CN112802698A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-05-14 | 西安交通大学 | 一种具有强迫换流功能的混合式直流断路器 |
| CN113013832A (zh) * | 2021-03-08 | 2021-06-22 | 清华大学 | 一种基于无源耦合振荡的混合式直流断路器及其控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114204517A (zh) | 2022-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kontos et al. | Multiline breaker for HVdc applications | |
| Hassanpoor et al. | Technical assessment of load commutation switch in hybrid HVDC breaker | |
| Zhao et al. | A more prospective look at IGCT: Uncovering a promising choice for dc grids | |
| Guo et al. | A thyristor full-bridge-based DC circuit breaker | |
| Wang et al. | Reactor sizing criterion for the continuous operation of meshed HB-MMC-based MTDC system under DC faults | |
| US20160268915A1 (en) | Submodule for modular multi-level converter and application thereof | |
| CN114204517B (zh) | 一种混合式直流断路器及其控制方法 | |
| He et al. | A high-performance and economical multiport hybrid direct current circuit breaker | |
| CN111404127A (zh) | 自然换流型混合式直流断路器及直流系统的电流关断方法 | |
| CN114172135B (zh) | 一种适用于多端直流电网的双主断型多端口混合直流断路器 | |
| Li et al. | A hybrid modular multilevel converter with reduced full-bridge submodules | |
| Taherzadeh et al. | Circuit breakers in HVDC systems: state-of-the-art review and future trends | |
| CN105071675A (zh) | 一种混合型功率开关及其在柔性直流输电换流器中的应用 | |
| Sander et al. | A novel current-injection based design for HVDC circuit breakers | |
| CN108616223B (zh) | 一种基于igct的模块化多电平换流器及故障处理方法 | |
| Judge et al. | Power‐system level classification of voltage‐source HVDC converter stations based upon DC fault handling capabilities | |
| WO2023124114A1 (zh) | 一种自取能混合式直流断路器及其应用方法 | |
| Wei et al. | A novel hybrid DC circuit breaker for nodes in multi-terminal DC system | |
| WO2022121837A1 (zh) | 直流断路器及其控制方法、电子设备 | |
| Xu et al. | An IGCT-based multi-functional MMC system with commutation and switching | |
| CN210572544U (zh) | 一种用于模块化多电平换流器子模块的检测装置 | |
| Tan et al. | A novel optimized coordination strategy between fast protection and multi-port hybrid DC circuit breaker for VSC-based DC grids | |
| CN111953221A (zh) | 一种模块化多电平换流器及换流站 | |
| CN111509681A (zh) | 共用能耗支路的固态式直流断路器及其应用方法 | |
| CN112271116B (zh) | 双线路阻断集成式断路器及其控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20230712 Address after: 710075 No. 2 Xifu Road, West Third Ring Road, Xi'an City, Shaanxi Province Applicant after: XI'AN XD POWER SYSTEMS Co.,Ltd. Applicant after: Xi'an Xidian Power Electronics Co.,Ltd. Applicant after: CHINA XD ELECTRIC Co.,Ltd. Address before: 710075 No. 2 Xifu Road, West Third Ring Road, Xi'an City, Shaanxi Province Applicant before: XI'AN XD POWER SYSTEMS Co.,Ltd. Applicant before: CHINA XD ELECTRIC Co.,Ltd. |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |