CN213601786U - 基于电容换流的双向混合式直流断路器及直流输电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电容换流的双向混合式直流断路器及直流输电系统，直流断路器包括：超快速机械开关单元、负载转换开关单元、电容换流单元和吸能单元；电容换流单元与串联连接的超快速机械开关单元和负载转换开关单元并联连接，用于在系统发生短路故障时为超快速机械开关单元和负载转换开关单元提供低压支路保证其正常开断，并利用自关断功能切断故障电流；电容换流单元包括：第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第三晶闸管T3、第四晶闸管T4、换流电容C、换流电感L和电压限制单元；本实用新型通过电容换流单元在故障发生时提前投入，为负载转换开关单元分流，进一步降低了负载转换开关单元的通流压力，减少了IGBT的并联个数，降低断路器的造价和系统的运行损耗。

Description

基于电容换流的双向混合式直流断路器及直流输电系统

技术领域

本实用新型属于直流断路器技术领域，更具体地，涉及一种基于电容换流的双向混合式直流断路器及直流输电系统。

背景技术

近年来新能源发电总量迅速增大，而柔性直流输电的应用可有效提升可再生能源发电利用效率，减少弃风、弃光造成的经济损失，高压直流输电(HVDC)作为未来电力系统的重要组成部分，在世界范围内得到了广泛的应用。

随着直流电网规模的不断扩大和直流电网结构的日益复杂，许多关键问题亟待解决，其中之一就是直流短路故障。因此，研制能快速切除故障电流、隔离故障点，保证系统的正常运行直流断路器十分必要。但是由于直流系统短路阻抗小，故障电流上升快，使得断路器开断压力大，且直流系统里面存在感性元件，当开断的故障电流过大时，感性元件储能大，存储的能量通过避雷器吸收导致避雷器吸能压力过大，增大了避雷器的制造难度，影响避雷器使用寿命。为了保护避雷器，减小断路器开断压力，提高系统的安全性，节省投资，开断能力强，避雷器吸能小的断路器研制尤为必要，该方案解决了高压直流断路器运行过程中的许多技术问题，对提高直流输电系统的可靠性和灵活性具有重要意义。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种基于电容换流的双向混合式直流断路器，旨在解决现有技术中直流断路器开断故障电流困难、避雷器吸能大的技术问题。

本实用新型提供了一种基于电容换流的双向混合式直流断路器，包括：超快速机械开关单元、负载转换开关单元、电容换流单元和吸能单元；超快速机械开关单元与负载转换开关单元串联连接，电容换流单元与串联连接的超快速机械开关单元和负载转换开关单元并联连接，吸能单元与电容换流单元并联连接；电容换流单元用于在系统发生短路故障时为超快速机械开关单元和负载转换开关单元提供低压支路保证其正常开断，并利用自关断功能切断故障电流；吸能单元用于在开断故障时吸收故障电流被切断后电力系统中感性元件存储的能量；其中，电容换流单元包括：第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第三晶闸管T3、第四晶闸管T4、换流电容C、换流电感L和电压限制单元；第一晶闸管T1和所述第三晶闸管T3串联连接，所述第二晶闸管T2和所述第四晶闸管T4串联连接，所述电压限制单元连接在所述第一晶闸管T1和所述第三晶闸管T3的串联连接端与所述第二晶闸管T2和所述第四晶闸管T4的串联连接端之间；所述换流电容C和所述换流电感L串联连接在所述第一晶闸管T1与所述第三晶闸管T3的串联连接端与所述第二晶闸管T2与所述第四晶闸管T4的串联连接端之间。

本实用新型还提供了一种基于电容换流的双向混合式直流断路器，包括：超快速机械开关单元、负载转换开关单元、电容换流单元和吸能单元；超快速机械开关单元与负载转换开关单元串联连接，电容换流单元与串联连接的超快速机械开关单元和负载转换开关单元并联连接，吸能单元与电容换流单元并联连接；电容换流单元用于在系统发生短路故障时为超快速机械开关单元和负载转换开关单元提供低压支路保证其正常开断，并利用自关断功能切断故障电流；吸能单元用于在开断故障时吸收故障电流被切断后电力系统中感性元件存储的能量；其中，电容换流单元包括：第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第一机械开关S1、第二机械开关S2、换流电容 C、换流电感L和电压限制单元；第一晶闸管T1和第一机械开关S1串联连接，第二晶闸管T2和第二机械开关S2串联连接，电压限制单元连接在第一晶闸管T1和第一机械开关S1的串联连接端与第二晶闸管T2和第二机械开关S2的串联连接端之间；换流电容C和所述换流电感L串联连接在第一晶闸管T1与第一机械开关S1的串联连接端与第二晶闸管T2与第二机械开关S2的串联连接端之间。

在本实用新型中，所需换流电容的容量很小，造价较低。换流电容C 在超快速机械开关达到一定开距后才投入使用，因此在电容容量较小的情况下，也能保证断路器在分断故障电流的过程中超快速机械开关UFD和负载转换开关LCS两端电压处于一个较低的值，保障了超快速机械开关UFD 和负载转换开关LCS的成功关断。

更进一步地，电容换流单元还包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4；第一二极管D1的阴极与第一晶闸管T1 的阳极、第二晶闸管T2的阳极和第二二极管D2的阴极连接；第三二极管 D3的阳极与第三晶闸管T3的阴极、第四晶闸管T4的阴极和第四二极管 D4的阳极连接；第一二极管D1的阳极和第三二极管D3的阴极作为所述电容换流单元的一端，第二二极管D2的阳极和第四二极管D4的阴极作为电容换流单元的另一端。

电容换流单元中晶闸管和二极管对称连接的目的是无论换流电容电压极性如何改变，均能通过对晶闸管的控制产生一个任意方向的电流对故障电流进行换流，能用单个换流电容实现双向故障电流的分断和双向故障电流重合闸后再次分断，具备一定的经济优势。

其中，电压限制单元用于将换流电容的电压限制至设定值，电压限制单元包括：依次串联连接的第一避雷器MOV1和第三机械开关S。

本实用新型中无需为换流电容C提供充电回路，因为断路器分断一次故障电流，换流电容C电压极性改变一次，通过第一避雷器MOV1能将换流电容电压的绝对值限制到指定的值，不会影响断路器再次分断故障电流。

其中，当发生短路故障时，触发第二晶闸管T2和第四晶闸管T4导通，并关断负载转换开关单元，向超快速机械开关单元发出分闸指令。

当超快速机械开关单元达到设定的开距时，控制第一晶闸管T1导通，流向第二晶闸管T2的电流向第一晶闸管T1转移，当第二晶闸管T2的电流过零时自动关断，电源侧继续向换流电容充电，换流电容电压极性反转，流向第一晶闸管T1和第四晶闸管T4的电流逐渐减小，当换流电容电压达到设定值时，流过第一晶闸管T1和第四晶闸管T4的电流归零，第一晶闸管T1和第四晶闸管T3自动关断，第二避雷器MOV动作吸收系统感性元件储能并限制过电压，导通第一避雷器MOV1的控制第三机械开关S，吸收换流电容C储能并将换流电容电压限制到指定值，为下一次重合闸做准备。

本实用新型中，当超快速机械开关已达到足够开距，才将换流电容投入运行，因此负载转换开关LCS所需耐受的电压很小，无需采用大量半导体器件串联，显著降低了负载转换开关LCS的均压难度，有效降低负载转换开关LCS的造价和系统正常运行的损耗。

本实用新型还提供了一种基于上述的混合式直流断路器的直流输电系统。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本实用新型显著减小了避雷器的吸能压力和断路器开断压力。短路故障时由电容换流单元为超快速机械开关UFD和负载转换开关LCS提供了一个低压换流支路，降低了超快速机械开关UFD和负载转换开关LCS 的开断压力；由于断路器实现了故障电流逐步减小至过零关断，因此系统感性元件储能大大减小，避雷器吸能压力降低。

(2)本实用新型无需为电容换流单元的换流电容提供充电回路，且电容换流单元动作迅速，恢复时间短，为系统重合闸后再次切断故障电流提供了有效保障。

(3)本实用新型由于换流单元能在故障电流开断期间，保证IGBT和超快速机械开关开断过程中无需耐受高电压，因此负载转换开关单元无需采用大量IGBT串联，有效降低了断路器造价和断路器本身的运行损耗，提高了断路器开断故障电流的可靠性。

(4)本实用新型的工作模式中，由于电容换流单元在故障发生时提前投入，为负载转换开关单元分流，进一步降低了负载转换开关单元的通流压力，减少了IGBT的并联个数，降低断路器的造价和系统的运行损耗。

附图说明

图1为本实用新型提供的基于电容换流的双向混合式直流断路器的原理框图；

图2为本实用新型提供的基于电容换流的双向混合式直流断路器的具体电路结构图；

图3为本实用新型提供的基于电容换流的双向混合式直流断路器在换流准备阶段的工作时序图；

图4为本实用新型提供的基于电容换流的双向混合式直流断路器在换流阶段的工作时序图；

图5为本实用新型提供的基于电容换流的双向混合式直流断路器在避雷器MOV吸能阶段的工作时序图；

图6为本实用新型提供的基于电容换流的双向混合式直流断路器在避雷器MOV1吸能阶段的工作时序图；

图7为本实用新型提供的基于电容换流的高压双向混合式直流断路器的具体电路结构图；

其中，1为超快速机械开关单元，2为负载转换开关单元，3为换流单元，4为吸能单元，UFD为超快速机械开关，LCS为负载转换开关，C为换流电容，T1为第一晶闸管，T2为第二晶闸管，T3为第三晶闸管，T4为第四晶闸管，D1为第一二极管，D2为第二二极管，D3为第三二极管，D4 为第四二极管，S1为第一机械开关，S2为第二机械开关，S为第三机械开关，LS为平波电抗器，L为换流电感，MOV1为第一避雷器，MOV为第二避雷器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供了一种基于电容换流的双向混合式直流断路器，旨在保证高压直流断路器本身动作迅速、开断大电流的基础上，可降低断路器的开断压力，减小避雷器吸能，在开断能力范围之内，增加开断的可靠性。

如图1所示，本实用新型提供的基于电容换流的双向混合式直流断路器包括：超快速机械开关单元1，负载转换开关单元2，电容换流单元3，吸能单元4；超快速机械开关单元1与负载转换开关单元2串联连接，电容换流单元3与串联连接的超快速机械开关单元1和负载转换开关单元2并联连接，吸能单元4与电容换流单元3并联连接；电容换流单元3用于在系统发生短路故障时为超快速机械开关单元1和负载转换开关单元2提供低压支路保证其正常开断，并利用自关断功能切断故障电流；吸能单元4 用于在开断故障后吸收故障电流被切断后电力系统中感性元件存储的能量。

在正常工况下，超快速机械开关单元1和负载转换开关单元2通过额定电流，其运行损耗小。当系统发生短路故障时电容换流单元3为超快速机械开关单元1和负载转换开关单元2提供一个低压支路，保证其正常开断，随后电容换流单元3利用其自关断功能切断故障电流。吸能单元4用于在直流断路器开断故障后吸收故障电流被切断后电力系统中感性元件存储的能量。

如图2所示，在本实用新型中，超快速机械开关单元1由超快速机械开关UFD构成，导通阻抗低，运行损耗小，当发生短路故障时在零电流下开断故障。负载转换开关单元2主要由IGBT构成，当发生短路故障时，用于在低电压情况下开断故障电流，为超快速机械开关提供电流过零关断的条件。电容换流单元3主要用于故障时换流为IGBT关断和超快速机械开关分闸提供低电压支路，保证IGBT和超快速机械开关开断过程中无需耐受高电压，电容换流单元本身具有自关断的功能。

电容换流单元3包括：第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第三晶闸管 T3、第四晶闸管T4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、换流电容C、换流电感L、第一避雷器MOV1和第一机械开关S。第一二极管D1和第二二极管D2反向串联连接，第三二极管D3和第四二极管D4反向串联连接；第一晶闸管T1和第三晶闸管T3同向串联连接，第二晶闸管T2和第四晶闸管T4同向串联连接；第一避雷器MOV1 和第三机械开关S串联连接在第一晶闸管T1与第三晶闸管T3的串联连接端和第二晶闸管T2与第四晶闸管T4的串联连接端之间；换流电容C和换流电感L串联连接在第一晶闸管T1与第三晶闸管T3的串联连接端和第二晶闸管T2与第四晶闸管T4的串联连接端之间。第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4主要作用是改变故障电流流向，保证故障电流在任意方向时，断路器均能成功切断故障电流；第一避雷器 MOV1和第三机械开关S主要用于吸收换流电容的能量，将换流电容的电压限制到指定值。

当发生短路故障时，触发第二晶闸管T2和第四晶闸管T4导通，并关断所述负载转换开关单元，向所述超快速机械开关单元发出分闸指令；当超快速机械开关单元达到合适开距足够耐受一定电压时，控制第一晶闸管 T1导通，流向第二晶闸管T2的电流将向第一晶闸管T1转移，当第二晶闸管T2的电流过零时自动关断，电源侧继续向换流电容充电，换流电容电压极性反转，流向第一晶闸管T1和第四晶闸管T4的电流逐渐减小，当换流电容电压达到一定值时，流过第一晶闸管T1和第四晶闸管T4的电流归零，第一晶闸管T1和第四晶闸管T4自动关断，第二避雷器MOV动作吸收系统感性元件储能并限制过电压，导通避雷器MOV1的控制第三机械开关S，吸收换流电容C储能并将换流电容电压限制到指定值，为下一次重合闸做准备。

由于电容换流模块二极管的对称设计，能保证故障电流方向改变时，都能将故障电流的方向矫正至第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第三晶闸管 T3和第四晶闸管T4能通过电流的方向。

另外，由于换流电容电压极性的设置，将换流电容C投入限流时，换流电容C两端电压即超快速机械开关UFD和负载转换开关LCS两端电压先减小为零再继续增大，且换流电容C在超快速机械开关达到一定开距后才投入使用，因此在电容容量较小的情况下，也能保证超快速机械开关UFD 和负载转换开关LCS两端电压处于一个较低的值，进一步保障了超快速机械开关UFD和负载转换开关LCS的成功关断。

本实用新型提供的混合式直流断路器包括第一避雷器MOV1和第二避雷器MOV，第二避雷器MOV用于吸收系统感性元件储能并限制过电压，第一避雷器MOV1用于断路器成功切断故障后吸收换流电容C的储能并将换流电容电压限制为指定值，为断路器下一次动作做准备。

当断路器成功切断故障电流后，只需将换流电容电压限制到设定值，无需将换流电容C电压的能量全部卸放，有效降低了换流电容C的泄能时间，为断路器下一次重合闸提供了保障，而且有效降低了第一避雷器MOV1 吸能。

由于电容换流单元中换流电容电压先减小至零，后继续增大，因此流经换流电容的电流在持续减小，当换流电容电压达到避雷器动作电压，避雷器动作，此时系统感性元件电流小，感性元件储能小，第二避雷器MOV 吸能小。

在本实用新型中，基于电容换流的双向混合式直流断路器能够分断故障迅速，断路器内部各器件恢复时间短，能满足系统重合闸后再次分断故障电流的要求。断路器中动作时间较长的器件主要有第一避雷器MOV1、第二避雷器MOV和第三机械开关S。第二避雷器MOV用于吸收系统感性元件储能并限制过电压，第一避雷器MOV1用于断路器成功切断故障后吸收换流电容C的储能并将换流电容电压限制为指定值，为断路器下一次动作做准备，断路器成功切断故障电流后，只需将换流电容电压限制到设定值，无需将换流电容C电压的能量全部泄放，有效降低了换流电容C的泄能时间，为断路器下一次重合闸提供了保障，而且有效降低了第一避雷器 MOV1吸能，第二避雷器MOV和第一避雷器MOV1吸能时间均在10ms量级，而第三机械开关S在零电流下分合闸时间也在10ms量级，相比于故障后上百毫秒再次重合闸，断路器内部器件足以恢复至所需要的状态，满足系统重合闸的需求。

如图3～图6所示，现详述基于电容换流的双向混合式直流断路器工作过程如下：基于电容换流的双向混合式直流断路器切断故障电流主要分为四个阶段，分别为换流准备阶段、换流阶段、第二避雷器MOV吸能阶段和第一避雷器MOV1吸能阶段，现详述各阶段的动作原理。

如图3所示，换流准备阶段：t0～t1阶段，系统正常运行，第一晶闸管 T1、第二晶闸管T2、第三晶闸管T3、第四晶闸管T4、机械开关S均处于关断状态；t1时刻，系统发生短路故障，假设故障电流由左向右流动。t2 时刻，检测装置判定系统发生短路故障，立即触发第二晶闸管T2和第四晶闸管T4导通，向负载转换开关LCS发出关断指令并向超快速机械开关UFD发出分闸指令，电流由负载转换开关LCS和超快速机械开关UFD所在支路转移至第二晶闸管T2和第四晶闸管T4所在支路。t3时刻，超快速机械开关UFD分闸已达到一定开距，可耐受一定的电压而不燃弧。

如图4所示，换流阶段：t3时刻，触发导通第一晶闸管T1，流向第二晶闸管T2的电流逐渐向第一晶闸管T1和换流电容所在支路转移，t4时刻，第二晶闸管T2电流过零自动关断，第二晶闸管T2关断后换流电容的电压先减小至零随后再继续增大，确保了第二晶闸管T2在关断后无需立即承受高电压，进一步保证了第二晶闸管T2关断的可靠性。t4～t5阶段内，超快速机械开关UFD继续分闸，故障电流由电源阀侧通过换流电容流向故障点， t5时刻，UFD分闸成功；t6时刻，第二避雷器MOV两端电压达到其动作电压，此时换流电容电压极性由初始时刻的右正左负变为左正右负。则在 t4～t6阶段内，第二晶闸管T2退出运行，避雷器暂未达到动作电压。

如图5所示，第二避雷器MOV吸能阶段：t6时刻，第二避雷器MOV 两端电压达到动作电压，开始投入运行吸收系统感性元件储能并限制过电压，流过换流电容的电流逐渐向避雷器转移，避雷器电流从零开始逐渐增大；t7时刻，避雷器两端电压上升至避雷器残压。t7～t8阶段，避雷器保持残压，流过换流电容的电流逐渐归零，t8时刻，第一晶闸管T1和第四晶闸管T4的电流过零关断。t8～t9阶段，避雷器保持残压，流过避雷器电流逐渐减小，避雷器电压在t9时刻开始从残压下降。t9～t10阶段，避雷器电压从残压下降至避雷器动作电压，流过避雷器电流不断减小，当避雷器两端电压下降至避雷器动作电压时，避雷器通流降低至零，至此第二避雷器 MOV吸能结束。

如图6所示，第一避雷器MOV1吸能阶段：t11时刻，导通控制第三机械开关S，t12时刻，控制第三机械开关S合闸成功，第一避雷器MOV1开始投入运行并吸收换流电容的部分储能。t13时刻，第一避雷器MOV1吸能完毕，并将换流电容电压限制到设定值，此时换流电容电压极性为左正右负。t14时刻，向控制第三机械开关S发出分闸指令，控制第三机械开关S 在零电流下分闸，t15时刻，控制第三机械开关S分闸成功，至此断路器已达到再次分断故障的所有条件，能满足系统重合闸的需求。t16时刻，故障再次发生，此时由于换流电容电压极性反向，根据电容换流模块所具有的对称性，故障时电容换流模块能继续投入运行，不会对断路器再次开断故障电流产生影响。当故障再次发生时，由于换流电容电压极性改变，根据电容换流单元的对称性，将第一晶闸管T1和第二晶闸管T2的动作顺序调换，将第三晶闸管T3和第四晶闸管T4的工作顺序调换，即可再次切断故障电流。

如图7所示，在本实用新型中，超快速机械开关单元1由超快速机械开关UFD构成，导通阻抗低，运行损耗小，当发生短路故障时在零电流下开断故障。负载转换开关单元2主要由IGBT构成，当发生短路故障时，用于在低电压情况下开断故障电流，为超快速机械开关提供电流过零关断的条件。电容换流单元3主要用于故障时换流为IGBT关断和超快速机械开关分闸提供低电压支路，保证IGBT和超快速机械开关开断过程中无需耐受高电压，电容换流单元本身具有自关断的功能。

电容换流单元3包括：第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第一机械开关 S1、第二机械开关S2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、换流电容C、换流电感L、第一避雷器MOV1和第三机械开关S。第一二极管D1和第二二极管D2反向串联连接，第三二极管D3 和第四二极管D4反向串联连接；第一晶闸管T1和第一机械开关S1串联连接，第二晶闸管T2和第二机械开关S2串联连接；第一避雷器MOV1和第三机械开关S串联连接在第一晶闸管T1与第一机械开关S1的串联连接端和第二晶闸管T2与第二机械开关S2的串联连接端之间；换流电容C和换流电感L串联连接在第一晶闸管T1与第一机械开关S1的串联连接端和第二晶闸管T2与第二机械开关S2的串联连接端之间。第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4主要作用是改变故障电流流向，保证故障电流在任意方向时，断路器均能成功切断故障电流；第一避雷器MOV1和第三机械开关S主要用于吸收换流电容的能量，将换流电容的电压限制到指定值。

系统正常工作时，此时换流电容电压极性为右正左负，第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第一机械开关S1、第三机械开关S关断，第二机械开关 S2导通；当发生短路故障时，触发第二晶闸管T2导通并关断所述负载转换开关单元，向所述超快速机械开关单元发出分闸指令；当超快速机械开关单元达到合适开距足够耐受一定电压时，控制第一晶闸管T1导通，流向第二晶闸管T2的电流将向第一晶闸管T1转移，当第二晶闸管T2的电流过零时自动关断，电源侧继续向换流电容充电，换流电容电压极性反转，流向第一晶闸管T1的电流逐渐减小，当换流电容电压达到一定值时，流过第一晶闸管T1的电流归零，第一晶闸管T1自动关断，避雷器MOV动作吸收系统感性元件储能并限制过电压，导通第一避雷器MOV1的第三机械开关S，吸收换流电容C储能并将换流电容电压限制到指定值，随后向第三机械开关S发出分闸指令，控制第三机械开关S在零电流下分闸，同时向第二机械开关S2发出分闸指令，此时第一晶闸管T1和第二晶闸管T2、第一机械开关S1均处于关断状态，第二机械开关S2可在零电流、零耐压下缓慢分闸，无燃弧风险，当第一机械开关S1和第三机械开关S分闸成功后，第一向机械开关S1发出合闸指令，随后第一机械开关S1合闸成功，至此断路器已达到再次分断故障的所有条件，能满足系统重合闸的需求。由于直流电网的断路器首次断开故障电流到断路器重合闸的时间一般在300ms 左右，故障期间该断路器内部器件动作时间加上机械开关动作时间远小于 300ms，足以满足系统重合闸的需求。

若重合闸后发现故障未消除或者下一次故障发生，此时由于换流电容电压极性反向，第一机械开关S1已导通，根据电容换流模块所具有的对称性，故障时将第一晶闸管T1和第二晶闸管T2的动作顺序调换，将第一机械开关S1和第二机械开关S2的动作顺序调换，断路器其它器件动作顺序不变，不会对断路器再次开断故障电流产生影响。

由于电容换流模块二极管的对称设计，能保证故障电流方向改变时，都能将故障电流的方向矫正至第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第三晶闸管 T3和第四晶闸管T4能通过电流的方向，该实例利用两套晶闸管实现了故障电流的双向开断和重合闸后再次开断故障电流。

本实用新型中的断路器在开断小故障电流时优势较为明显，能满足直流电网开断比额定电流小的故障电流的需求。因为所需断路器的换流电容容量很小，因此很小的故障电流也能迅速将换流电容的电压充到一个较高的值对故障电流进行阻断。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于电容换流的双向混合式直流断路器，其特征在于，包括：超快速机械开关单元(1)、负载转换开关单元(2)、电容换流单元(3)和吸能单元(4)；

所述超快速机械开关单元(1)与所述负载转换开关单元(2)串联连接，所述电容换流单元(3)与串联连接的超快速机械开关单元(1)和所述负载转换开关单元(2)并联连接，所述吸能单元(4)与所述电容换流单元(3)并联连接；

所述电容换流单元(3)用于在系统发生短路故障时为所述超快速机械开关单元(1)和所述负载转换开关单元(2)提供低压支路保证其正常开断，并利用自关断功能切断故障电流；

所述吸能单元(4)用于在开断故障时吸收故障电流被切断后电力系统中感性元件存储的能量；

所述电容换流单元(3)包括：第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第三晶闸管T3、第四晶闸管T4、换流电容C、换流电感L和电压限制单元；

所述第一晶闸管T1和所述第三晶闸管T3串联连接，所述第二晶闸管T2和所述第四晶闸管T4串联连接，所述电压限制单元连接在所述第一晶闸管T1和所述第三晶闸管T3的串联连接端与所述第二晶闸管T2和所述第四晶闸管T4的串联连接端之间；所述换流电容C和所述换流电感L串联连接在所述第一晶闸管T1与所述第三晶闸管T3的串联连接端与所述第二晶闸管T2与所述第四晶闸管T4的串联连接端之间；

所述电容换流单元(3)还包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4；

所述第一二极管D1的阴极与所述第一晶闸管T1的阳极、所述第二晶闸管T2的阳极和所述第二二极管D2的阴极连接；所述第三二极管D3的阳极与所述第三晶闸管T3的阴极、所述第四晶闸管T4的阴极和所述第四二极管D4的阳极连接；

所述第一二极管D1的阳极和所述第三二极管D3的阴极作为所述电容换流单元(3)的一端，所述第二二极管D2的阳极和所述第四二极管D4的阴极作为所述电容换流单元(3)的另一端。

2.一种基于电容换流的双向混合式直流断路器，其特征在于，包括：超快速机械开关单元(1)、负载转换开关单元(2)、电容换流单元(3)和吸能单元(4)；

所述超快速机械开关单元(1)与所述负载转换开关单元(2)串联连接，所述电容换流单元(3)与串联连接的超快速机械开关单元(1)和所述负载转换开关单元(2)并联连接，所述吸能单元(4)与所述电容换流单元(3)并联连接；

所述电容换流单元(3)用于在系统发生短路故障时为所述超快速机械开关单元(1)和所述负载转换开关单元(2)提供低压支路保证其正常开断，并利用自关断功能切断故障电流；

所述吸能单元(4)用于在开断故障时吸收故障电流被切断后电力系统中感性元件存储的能量；

所述电容换流单元(3)包括：第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第一机械开关S1、第二机械开关S2、换流电容C、换流电感L和电压限制单元；

所述第一晶闸管T1和所述第一机械开关S1串联连接，所述第二晶闸管T2和所述第二机械开关S2串联连接，所述电压限制单元连接在所述第一晶闸管T1和所述第一机械开关S1的串联连接端与所述第二晶闸管T2和所述第二机械开关S2的串联连接端之间；所述换流电容C和所述换流电感L串联连接在所述第一晶闸管T1与所述第一机械开关S1的串联连接端与所述第二晶闸管T2与所述第二机械开关S2的串联连接端之间；

所述电容换流单元(3)还包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4；

所述第一二极管D1的阴极与所述第一晶闸管T1的阳极、所述第二晶闸管T2的阳极和所述第二二极管D2的阴极连接；所述第三二极管D3的阳极与所述第三晶闸管T3的阴极、所述第四晶闸管T4的阴极和所述第四二极管D4的阳极连接；

所述第一二极管D1的阳极和所述第三二极管D3的阴极作为所述电容换流单元(3)的一端，所述第二二极管D2的阳极和所述第四二极管D4的阴极作为所述电容换流单元(3)的另一端。

3.如权利要求1或2所述的基于电容换流的双向混合式直流断路器，其特征在于，所述电压限制单元用于将所述换流电容的电压限制至设定值，所述电压限制单元包括：依次串联连接的第一避雷器MOV1和第三机械开关S。

4.如权利要求1或2所述的基于电容换流的双向混合式直流断路器，其特征在于，当发生短路故障时，触发第二晶闸管T2和第四晶闸管T4导通，并关断所述负载转换开关单元(2)，向所述超快速机械开关单元(1)发出分闸指令。

5.如权利要求4所述的基于电容换流的双向混合式直流断路器，其特征在于，当所述超快速机械开关单元(1)达到设定的开距时，控制第一晶闸管T1导通，流向第二晶闸管T2的电流向第一晶闸管T1转移，当第二晶闸管T2的电流过零时自动关断，电源侧继续向换流电容充电，换流电容电压极性反转，流向第一晶闸管T1和第四晶闸管T4的电流逐渐减小，当换流电容电压达到设定值时，流过第一晶闸管T1和第四晶闸管T4的电流归零，第一晶闸管T1和第四晶闸管T3自动关断，避雷器MOV动作吸收系统感性元件储能并限制过电压，导通避雷器MOV1的控制第三机械开关S，吸收换流电容C储能并将换流电容电压限制到指定值，为下一次重合闸做准备。

6.一种直流输电系统，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的基于电容换流的双向混合式直流断路器。

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