WO2015024509A1 - 一种高压大电流直流断路器及其控制方法 - Google Patents

一种高压大电流直流断路器及其控制方法 Download PDF

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current
switch
circuit breaker
isolation
igbt
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PCT/CN2014/084763
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温家良
邱宇峰
李金元
药韬
陈中圆
郭高朋
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国家电网公司
国网智能电网研究院
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/59—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle
    • H01H33/596—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switch and not otherwise provided for, e.g. for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the ac cycle for interrupting dc
    • 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
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    • H02H3/05—Details with means for increasing reliability, e.g. redundancy arrangements
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • 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

Definitions

  • the invention belongs to the technical field of power electronics, and particularly relates to a high voltage and large current DC circuit breaker and a control method thereof. Background technique
  • Multi-terminal DC transmission technology can realize multi-power supply and multi-point power transmission. It is a flexible, fast and economical transmission method to meet the development needs of the power industry.
  • DC circuit breaker is a very important equipment in multi-terminal DC transmission engineering.
  • DC breakers can be used in multi-terminal DC systems to fully utilize the characteristics and advantages of multi-terminal DC systems.
  • DC breakers have a very high voltage withstand DC current. The energy that needs to be absorbed is particularly large, requiring fast breaking speed, high reliability, and the need to break bidirectional current. At present, some scholars are studying their corresponding DC circuit breakers. Summary of the invention
  • the present invention provides a high-voltage large-current DC circuit breaker and a control method thereof, which utilizes the current transfer principle to break the DC current, realizes the bidirectional rapid breaking of the high-voltage and large-current, and provides for the development of the polar-line DC circuit breaker. A new technical route.
  • the invention provides a high-voltage high-current DC circuit breaker, which is improved in that the DC circuit breaker comprises an auxiliary switch circuit, a DC load switch, a first arrester, a main switch branch, a first diode valve D1 and a second diode valve D2;
  • the auxiliary switching circuit includes a first current interrupting unit and a second current interrupting unit; one end of the first current interrupting unit is connected to the first current limiting reactor L1, and the other end is sequentially connected to the second current interrupting unit, the direct current After the load switch and the second current limiting reactor L2 are sequentially connected, a branch is formed and is connected to the line;
  • the first diode valve D1 is connected between the first current limiting reactor L1 and the first current interrupting unit, and the other end is grounded;
  • the second diode valve D2 is connected between the second current limiting reactor L2 and the DC load switch, and the other end is grounded.
  • the main switch branch is composed of an IGBT valve segment; the IGBT valve segment is composed of at least two IGBTs connected in series.
  • the first current interrupting unit includes a first isolation switch BRK1, a second isolation switch BRK11, a first resistor R1, and a first isolation valve;
  • the first isolation switch BRK1 is connected in series with the first resistor R1 and the second isolation switch BRK11, and the other end is connected to the first current limiting reactor L1;
  • the first isolation valve is connected in parallel with the first resistor R1 and the second isolation switch BRK11 connected in series; the first isolation valve includes a first IGBT and a second IGBT in anti-parallel.
  • the second current interrupting unit includes a third isolation switch BRK2, a fourth isolation switch BRK21, a second resistor R2, and a second isolation valve;
  • the third isolation switch BRK2 is connected in series with the second resistor R2 and the fourth isolation switch BRK21, and the other end is connected to the second isolation switch BRK11 of the first current interruption unit;
  • the second isolation valve is connected in parallel with the second resistor R2 and the fourth isolation switch BRK21 connected in series; the second isolation valve includes a third IGBT and a fourth IGBT in anti-parallel.
  • the DC load switch includes an AC breaker BRK3, a capacitor C, a third reactance L3, and a second arrester;
  • the capacitor C is connected in series with the third reactance L3 and is connected in parallel with the AC breaker BRK3 and the second arrester.
  • the first diode valve D1 is composed of at least two diodes connected in series in the same direction. After forming a branch, the anode thereof is grounded, and the cathode is connected to the first current limiting reactor L1 and the first isolation switch. Between BRK1.
  • the second diode valve D2 is composed of at least two diodes connected in series in the same direction. After forming a branch, the anode thereof is grounded, and the cathode is connected to the second current limiting reactor L2 and the DC load switch. between.
  • the invention is based on another object of the present invention to provide a control method for a high-voltage, high-current DC circuit breaker, which is improved in that the method comprises the following steps:
  • the controller determines the current type in the line, which is the fault current or the load current;
  • step (2) the process of opening the DC circuit breaker includes:
  • step (4) is to turn off the DC circuit breaker according to the current type, including: For the fault current:
  • the first arrester moves and absorbs energy
  • the second arrester in the DC load switch operates and absorbs energy.
  • step (2) the process of opening the DC circuit breaker includes:
  • step (4) is to turn off the DC circuit breaker according to the current type, including: For the fault current:
  • the first arrester absorbs energy
  • the invention combines the idea of forced commutation and the idea of current transfer and division, and realizes the breaking of DC current of a large-capacity system.
  • the invention adopts a fully controlled device IGBT to form a DC circuit breaker topology, which can be applied to a high voltage and a large current field, has a simple topology, simple control and high expandability.
  • the inventive method utilizes the parallel IGBT series valve branch to break the bidirectional DC current, greatly reduces the number of IGBT devices, reduces the cost of the DC circuit breaker, and reduces the loss accordingly.
  • the invention can be applied to high-voltage and high-current occasions, has simple topology, simple control and high expandability.
  • the invention applies the fast isolation switch, realizes the bidirectional DC current breaking in multiple working conditions, and the arc breaking process is fast without breaking.
  • the invention realizes the soft opening of the DC circuit breaker by using the auxiliary circuit, and reduces the stress on the power device during the opening process.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a DC circuit breaker provided by the present invention.
  • a high-voltage high-current DC circuit breaker proposed in this embodiment has a structure as shown in FIG. 1 , including an auxiliary switch circuit, a DC load switch, a first arrester, a main switch branch, a first diode valve D1 and a second The diode switch D2;
  • the auxiliary switch circuit includes a first current interrupting unit and a second current interrupting unit; one end of the first current interrupting unit is connected to the first current limiting reactor L1, and the other end is sequentially connected with the second current interrupting unit and the DC load switch
  • a branch circuit is formed and connected in series; after the main switch branch is connected in parallel with the first lightning arrester, one end is connected between the first current interrupting unit and the second current interrupting unit, and the other end is grounded.
  • the first diode valve D1 is connected between the first current limiting reactor L1 and the first current interrupting unit, and the other end is grounded.
  • the second diode valve D2 is connected between the second current limiting reactor L2 and the DC load switch, and the other end is grounded.
  • the main switch branch of this embodiment is constructed by routing IGBT valve segments.
  • the IGBT valve segment consists of at least two IGBTs connected in series in the same direction to cut off the fault current.
  • the DC load switch of this embodiment includes an AC circuit breaker BRK3 (implemented by an SF 6 circuit breaker), a capacitor C, a third reactance L3, and a second arrester; the capacitor C is connected in series with the third reactance L3 and the AC breaker BRK3 and the The two arresters are connected in parallel.
  • AC circuit breaker BRK3 implemented by an SF 6 circuit breaker
  • capacitor C is connected in series with the third reactance L3 and the AC breaker BRK3 and the The two arresters are connected in parallel.
  • the first current interrupting unit of the embodiment includes a first isolation switch BRK1, a second isolation switch BRK11, a first resistor R1 and a first isolation valve; a first isolation switch BRK1 - terminal and a first resistor R1 and a second isolation switch BRK11 Connected in series, the other end is connected to the first current limiting reactor L1; the first isolation valve is connected in parallel with the first resistor R1 and the second isolating switch BRK11 connected in series; wherein the first isolation valve comprises the first anti-parallel IGBT and second IGBT.
  • the second current interrupting unit of the embodiment includes a third isolation switch BRK2, a fourth isolation switch BRK21, a second resistor R2 and a second isolation valve; a third isolation switch BRK2 - a second resistor R2 and a fourth isolation switch BRK21
  • the series is connected in series, and the other end is connected to the second isolation switch BRK11 of the first current interrupting unit; the second isolation valve is connected in parallel with the second resistor R2 and the fourth isolation switch BRK21 connected in series.
  • the second isolation valve comprises a third IGBT and a fourth IGBT in anti-parallel.
  • BRK1 and BRK2 can be realized by fast isolating switches
  • BRK11 and BRK21 are realized by ordinary isolating switches.
  • the first diode valve D1 and the second diode valve D2 of the embodiment are each formed by connecting at least two diodes in the same direction. After forming a branch, the anode thereof is grounded, and the anode of the first diode valve D1 is connected. Between the first current limiting reactor L1 and the first isolation switch BRK1, the cathode of the second diode valve D2 is connected between the second current limiting reactor L2 and the DC load switch.
  • control method of the high-voltage large-current DC circuit breaker proposed in the embodiment can realize the bidirectional DC current breaking according to the structure thereof, and the forward principle is explained, and the reverse direction can be analogized.
  • the current direction Id shown in the drawing is equivalent. . Is the positive direction of the current.
  • the opening and breaking process of the DC circuit breaker under different working conditions is described:
  • Opening process Close the quick disconnecting switches BRK1 and BRK2, close the isolating switches BRK11 and BRK21, and finally close the SF6 circuit breaker BRK3.
  • the current flows through the BRK1- R1-BRK11-BRK2- R2-BRK21-BRK3 branch through the circuit breaker. Turn on IGBT1 and IGBT3. Since the impedance of IGBT1 and IGBT3 is much smaller than R1 and R2, the current is quickly transferred to the branch where IGBT1 and IGBT3 are located. After the current is stabilized, BRK11 and BRK21 are opened. At this time, current flows in BRK1-IGBT1-BRK2-IGBT3. -BRK3 branch circuit, the circuit breaker is fully operational and the opening process is completed.
  • Blocking capability then turn off IGBT5, wait for the voltage to reach the arrester M0V action voltage arrester action, all short-circuit current is transferred to the M0V branch, M0V absorption line and current stored in the current limiting inductor, the current of the arrester branch is gradually reduced to 0, the arrester resumes the blocking state, and when the BRK1 is opened, the current flowing through the pole circuit breaker is completely disconnected, and the shutdown process ends.
  • the BRK3 When it is necessary to break the steady-state load current of the system, the BRK3 is opened, and the load current is directly disconnected by the DC load switch.
  • the parallel LC branch will superimpose the self-excited oscillating current to the BRK3 branch, causing the BRK3 branch current to cross zero and open.
  • the current is transferred to the LC branch in parallel and the capacitor is charged.
  • the arrester When the voltage of the LC branch reaches the operating voltage of the arrester, the arrester operates and absorbs the energy stored in the line and the current limiting inductor, and the current in the arrester gradually decreases to zero.
  • the arrester resumes the blocking state, and the current flowing through the pole circuit breaker is completely disconnected, and the shutdown process ends.

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Abstract

一种高压大电流直流断路器及其控制方法。直流断路器包括辅助开关电路、直流负荷开关、第一避雷器（MOV1）、主开关支路（5）、第一二极管阀（D1）和第二二极管阀（D2）。辅助开关电路包括第一断流单元和第二断流单元，第一断流单元一端连接第一限流电抗器（L1），另一端依次与第二断流单元、直流负荷开关和第二限流电抗器（L2）依次连接后，串入线路。主开关支路与第一避雷器（MOV1）并联后，一端连接在第一断流单元和第二断流单元之间，另一端接地。第一二极管阀（D1）连接在第一限流电抗器（L1）和第一断流单元之间并接地，第二二极管阀（D2）连接在第二限流电抗器（L2）和直流负荷开关之间并接地。该直流断路器基于电流转移原理来分断直流电流，适用于高压大电流场合，拓扑结构简单，分流快速，控制简单。

Description

一种髙压大电流直流断路器及其控制方法
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种高压大电流直流断路器及其控 制方法。 背景技术
多端直流输电技术能够实现多电源供电、 多落点受电， 是一种灵活、 快捷、 经济的输电方式，满足电力工业的发展需求。直流断路器是多端直流输电工程中 一种十分重要的设备，在多端直流系统中采用直流断路器才能充分发挥多端直流 系统的特点和优势，然而直流断路器开断直流电流过程承受电压极高， 需要吸收 的能量特别大， 要求开断速度快， 可靠性高， 而且需要开断双向电流。 目前， 一 些学者正在研究其对应的直流断路器。 发明内容
针对现有技术的不足， 本发明提出一种高压大电流直流断路器及其控制方 法， 利用电流转移原理分断直流电流， 实现了高压大电流的双向快速分断， 为极 线直流断路器的研制提供了一条崭新的技术路线。
本发明提供的一种高压大电流直流断路器，其改进之处在于， 所述直流断路 器包括辅助开关电路， 直流负荷开关， 第一避雷器、 主开关支路、 第一二极管阀 D1和第二二极管阀 D2;
所述辅助开关电路包括第一断流单元和第二断流单元；所述第一断流单元一 端连接第一限流电抗器 Ll， 另一端依次与所述第二断流单元、 所述直流负荷开 关和第二限流电抗器 L2依次连接后， 形成支路， 串入线路；
所述主开关支路与所述第一避雷器并联后，一端连接在所述第一断流单元和 所述第二断流单元之间， 另一端接地；
所述第一二极管阀 D1—端连接在所述第一限流电抗器 L1和所述第一断流单 元之间， 另一端接地；
所述第二二极管阀 D2—端连接在所述第二限流电抗器 L2和所述直流负荷开 关之间， 另一端接地。 其中，所述主开关支路由 IGBT阀段构成；所述 IGBT阀段由至少两个的 IGBT 串联构成。
其中， 所述第一断流单元包括第一隔离开关 BRK1、第二隔离开关 BRK11、第 一电阻 R1和第一隔离阀；
所述第一隔离开关 BRK1—端与所述第一电阻 R1和第二隔离开关 BRK11依次 串联， 另一端与所述第一限流电抗器 L1连接；
所述第一隔离阀与串联的所述第一电阻 R1和所述第二隔离开关 BRK11并联； 所述第一隔离阀包括反并联的第一 IGBT和第二 IGBT。
其中， 所述第二断流单元包括第三隔离开关 BRK2、第四隔离开关 BRK21、第 二电阻 R2和第二隔离阀；
所述第三隔离开关 BRK2—端与所述第二电阻 R2和第四隔离开关 BRK21依次 串联， 另一端与所述第一断流单元的第二隔离开关 BRK11连接；
所述第二隔离阀与串联的所述第二电阻 R2和所述第四隔离开关 BRK21并联； 所述第二隔离阀包括反并联的第三 IGBT和第四 IGBT。
其中， 所述直流负荷开关包括交流断路器 BRK3、 电容 C、 第三电抗 L3和第 二避雷器；
所述电容 C与所述第三电抗 L3串联后分别与所述交流断路器 BRK3和第二避 雷器并联。
其中， 所述第一二极管阀 D1 由至少两个的二极管同向串联构成， 形成支路 后， 其正极接地， 负极连接在所述第一限流电抗器 L1和所述第一隔离开关 BRK1 之间。
其中， 所述第二二极管阀 D2由至少两个的二极管同向串联构成， 形成支路 后，其正极接地， 负极连接在所述第二限流电抗器 L2和所述直流负荷开关之间。
本发明基于另一目的提供的一种高压大电流直流断路器的控制方法，其改进 之处在于， 所述方法包括如下步骤：
( 1 )将直流断路器接入线路中， 并保持第一隔离开关 BRK1、 第二隔离开关 BRK1 U 第三隔离开关 BRK2、 第四隔离开关 BRK21和交流断路器 BRK3为断开状 态， IGBT阀段、 第一隔离阀和第二隔离阀为闭锁状态；
( 2 ) 开通直流断路器； ( 3) 出现故障时， 控制器判断线路中的电流类型， 为故障电流还是负荷电 流；
(4) 根据电流类型， 对直流断路器进行关断控制。
其中， 步骤 （2) 开通直流断路器的过程包括：
1 ) 闭合第一隔离开关 BRK1、第二隔离开关 BRK11、第三隔离开关 BRK2和第 四隔离开关 BRK21 ;
2) 闭合直流负荷开关中的交流断路器 BRK3;
3) 触发导通第一断流单元中的第一 IGBT和第二断流单元中的第三 IGBT;
4) 断开第二隔离开关 BRK11和第四隔离开关 BRK21。
其中， 步骤 （4) 根据电流类型， 对直流断路器进行关断控制， 包括： 对于故障电流：
①触发导通所述 IGBT阀段， 关断所述第二断流单元中的第三 IGBT;
②关断所述 IGBT阀段；
③第一避雷器动作并吸收能量；
④断开第一隔离开关 BRK1 ;
对于负荷电流：
i ) 断开直流负荷开关中的交流断路器 BRK3;
ϋ ) 直流负荷开关中的第二避雷器动作并吸收能量。
其中， 步骤 （2) 开通直流断路器的过程包括：
1 ) 闭合主支路的第一隔离开关 BRK1、 第二隔离开关 BRK11、 第三隔离开关 BRK2和第四隔离开关 BRK21；
2) 闭合直流负荷开关中的交流断路器 BRK3;
3) 触发导通第一断流单元中的第二 IGBT和第二断流单元中的第四 IGBT;
4) 断开第二隔离开关 BRK11和第四隔离开关 BRK21。
其中， 步骤 （4) 根据电流类型， 对直流断路器进行关断控制， 包括： 对于故障电流：
①触发导通所述 IGBT阀段， 关断所述第一断流单元中的第二 IGBT;
②第一避雷器吸收能量；
③断开第三隔离开关 BRK2; 对于负荷电流：
i ) 断开直流负荷开关中的交流断路器 BRK3;
ϋ ) 直流负荷开关中的第二避雷器吸收能量。
与现有技术比， 本发明的有益效果为：
本发明结合了强迫换流思想和电流转移分断思想，实现了大容量系统直流电 流的分断。
本发明采用全控型器件 IGBT构成直流断路器拓扑， 可应用于高压大电流场 合， 拓扑结构简单， 控制简易， 扩展性高。
本发明创造性的利用并联 IGBT串联阀支路来分断双向直流电流， 大幅减少 了 IGBT器件数量， 降低直流断路器成本， 损耗也相应减少。
本发明可应用于高压大电流场合， 拓扑结构简单， 控制简易， 扩展性高。 本发明应用快速隔离开关， 实现了多工况双向直流电流分断， 分断过程无弧 快速。
本发明利用辅助电路实现了直流断路器的软开通，减小了功率器件开通过程 所承受的应力。 附图说明
图 1为本发明提供的直流断路器结构图。 图中， L1为第一限流电抗器； L2 为第二限流电抗器； 1为第一 IGBT; 2为第二 IGBT; 3为第三 IGBT; 4为第四 IGBT; 5为 IGBT阀段； BRK1为第一隔离开关； BRK11为第二隔离开关； BRK2为第三隔 离开关； BRK21为第四隔离开关； BRK3为断路器； D1为第一二极管阀； D2为第 二二极管阀； M0V1为第一避雷器； M0V2为第二避雷器。 具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本实施例提出的一种高压大电流直流断路器，其结构如图 1所示， 包括辅助 开关电路， 直流负荷开关， 第一避雷器、 主开关支路、 第一二极管阀 D1和第二 二极管阀 D2; 辅助开关电路包括第一断流单元和第二断流单元； 第一断流单元 一端连接第一限流电抗器 Ll， 另一端依次与第二断流单元和直流负荷开关和第 二限流电抗器 L2依次连接后， 形成支路， 串入线路； 主开关支路与第一避雷器 并联后， 一端连接在第一断流单元和第二断流单元之间， 另一端接地。第一二极 管阀 D1—端连接在第一限流电抗器 L1和第一断流单元之间， 另一端接地。第二 二极管阀 D2—端连接在第二限流电抗器 L2和直流负荷开关之间， 另一端接地。
如图中所示， 本实施例的主开关支路由 IGBT阀段构成。 IGBT阀段由至少两 个的 IGBT同向串联构成， 用于切断故障电流。
本实施例的直流负荷开关包括交流断路器 BRK3 (可采用 SF6断路器实现）、 电容 C、 第三电抗 L3和第二避雷器； 电容 C与第三电抗 L3串联后与交流断路器 BRK3和第二避雷器并联。
本实施例的第一断流单元包括第一隔离开关 BRK1、第二隔离开关 BRK11、第 一电阻 R1和第一隔离阀； 第一隔离开关 BRK1—端与第一电阻 R1和第二隔离开 关 BRK11依次串联， 另一端与第一限流电抗器 L1连接； 第一隔离阀与串联的所 述第一电阻 R1和所述第二隔离开关 BRK11并联； 其中， 第一隔离阀包括反并联 的第一 IGBT和第二 IGBT。
本实施例的第二断流单元包括第三隔离开关 BRK2、第四隔离开关 BRK21、第 二电阻 R2和第二隔离阀； 第三隔离开关 BRK2—端与第二电阻 R2和第四隔离开 关 BRK21依次串联， 另一端与第一断流单元的第二隔离开关 BRK11连接； 第二隔 离阀与串联的第二电阻 R2和第四隔离开关 BRK21并联。 其中， 第二隔离阀包括 反并联的第三 IGBT和第四 IGBT。 上述的隔离开关中， BRK1和 BRK2可采用快速 隔离开关实现， BRK11和 BRK21采用普通的隔离开关实现。
本实施例的第一二极管阀 D1和第二二极管阀 D2均由至少两个的二极管同向 串联构成， 形成支路后， 其正极接地， 第一二极管阀 D1的负极连接在第一限流 电抗器 L1和第一隔离开关 BRK1之间， 第二二极管阀 D2的负极连接在第二限流 电抗器 L2和直流负荷开关之间。
对应的，本实施例提出的一种高压大电流直流断路器的控制方法，根据其结 构能实现双向直流电流分断， 取正向做原理说明， 反方向可类比， 附图中所示电 流方向 Id。为电流的正方向。 对直流断路器在不同工况下的开通和分断过程进行 说明：
开通过程： 闭合快速隔离开关 BRK1和 BRK2, 闭合隔离开关 BRK11和 BRK21 , 最后合闸 SF6断路器 BRK3, 电流通过 BRK1- R1- BRK11- BRK2- R2- BRK21- BRK3支路流经断路 器，待电流稳定后触发导通 IGBT1和 IGBT3, 由于 IGBT1和 IGBT3阻抗远小于 R1 和 R2， 电流迅速向 IGBT1和 IGBT3所在支路转移， 待电流稳定后分闸 BRK11和 BRK21 ,此时电流流通于 BRK1-IGBT1-BRK2-IGBT3-BRK3支路， 至此断路器完全投 入运行， 开通过程结束。
关断过程：
工况一： 分断故障电流
当直流断路需要动作切断极线短路电流时，先触发导通 IGBT5,关断 IGBT3, 则电流全部转移到 BRK1-IGBT1-IGBT5支路，在无电流状态下 BRK2动作分闸， 经 数 ms后恢复阻断能力； 之后关断 IGBT5, 待电压达到避雷器 M0V动作电压避雷 器动作， 全部短路电流都转移到了 M0V支路， M0V吸收线路及限流电感中储存的 能量， 待避雷器支路电流逐渐减小至 0， 避雷器恢复阻断状态， 分闸 BRK1 , 则流 经极线断路器电流完全分断， 至此关断过程结束。
工况二： 分断负荷电流
当需要分断系统稳态负荷电流时， 分闸 BRK3， 利用直流负荷开关直接分断 负荷电流， 其并联的 LC支路会向 BRK3支路叠加自激振荡电流使得 BRK3支路电 流出现过零点并分闸， 电流转移至其并联的 LC支路并给电容充电， 当 LC支路电 压达到避雷器动作电压时，避雷器动作并吸收线路及限流电感中储存的能量， 待 避雷器中电流逐渐减小至 0， 避雷器恢复阻断状态， 流经极线断路器的电流完全 分断， 至此关断过程结束。
最后应当说明的是： 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限 制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明， 所属领域的普通技术人员 应当理解： 依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换， 而未脱离 本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范 围当中。

Claims

权 利 要 求
1、 一种高压大电流直流断路器， 其特征在于， 所述直流断路器包括辅助开 关电路， 直流负荷开关， 第一避雷器、 主开关支路、 第一二极管阀 D1和第二二 极管阀 D2;
所述辅助开关电路包括第一断流单元和第二断流单元；所述第一断流单元一 端连接第一限流电抗器 Ll， 另一端依次与所述第二断流单元、 所述直流负荷开 关和第二限流电抗器 L2依次连接后， 形成支路， 串入线路；
所述主开关支路与所述第一避雷器并联后，一端连接在所述第一断流单元和 所述第二断流单元之间， 另一端接地；
所述第一二极管阀 D1—端连接在所述第一限流电抗器 L1和所述第一断流单 元之间， 另一端接地；
所述第二二极管阀 D2—端连接在所述第二限流电抗器 L2和所述直流负荷开 关之间， 另一端接地。
2、 如权利要求 1所述的直流断路器， 其特征在于， 所述主开关支路由 IGBT 阀段构成；
所述 IGBT阀段由至少两个的 IGBT串联构成。
3、 如权利要求 1所述的直流断路器， 其特征在于， 所述第一断流单元包括 第一隔离开关 BRK1、 第二隔离开关 BRK11、 第一电阻 R1和第一隔离阀；
所述第一隔离开关 BRK1—端与所述第一电阻 R1和第二隔离开关 BRK11依次 串联， 另一端与所述第一限流电抗器 L1连接；
所述第一隔离阀与串联的所述第一电阻 R1和所述第二隔离开关 BRK11并联； 所述第一隔离阀包括反并联的第一 IGBT和第二 IGBT。
4、 如权利要求 1所述的直流断路器， 其特征在于， 所述第二断流单元包括 第三隔离开关 BRK2、 第四隔离开关 BRK21、 第二电阻 R2和第二隔离阀；
所述第三隔离开关 BRK2—端与所述第二电阻 R2和第四隔离开关 BRK21依次 串联， 另一端与所述第一断流单元的第二隔离开关 BRK11连接；
所述第二隔离阀与串联的所述第二电阻 R2和所述第四隔离开关 BRK21并联； 所述第二隔离阀包括反并联的第三 IGBT和第四 IGBT。
5、 如权利要求 4所述的直流断路器， 其特征在于， 所述直流负荷开关包括 交流断路器 BRK3、 电容 C、 第三电抗 L3和第二避雷器；
所述电容 C与所述第三电抗 L3串联后分别与所述交流断路器 BRK3和第二避 雷器并联。
6、 如权利要求 3 所述的直流断路器， 其特征在于， 所述第一二极管阀 D1 由至少两个的二极管同向串联构成， 形成支路后， 其正极接地， 负极连接在所述 第一限流电抗器 L1和所述第一隔离开关 BRK1之间。
7、 如权利要求 5 所述的直流断路器， 其特征在于， 所述第二二极管阀 D2 由至少两个的二极管同向串联构成， 形成支路后， 其正极接地， 负极连接在所述 第二限流电抗器 L2和所述直流负荷开关之间。
8、 一种高压大电流直流断路器的控制方法， 其特征在于， 所述方法包括如 下步骤：
( 1 )将直流断路器接入线路中， 并保持第一隔离开关 BRK1、 第二隔离开关 BRK1 U 第三隔离开关 BRK2、 第四隔离开关 BRK21和交流断路器 BRK3为断开状 态， IGBT阀段、 第一隔离阀和第二隔离阀为闭锁状态；
( 2 ) 开通直流断路器；
( 3 ) 出现故障时， 控制器判断线路中的电流类型， 为故障电流还是负荷电 流；
( 4) 根据电流类型， 对直流断路器进行关断控制。
9、 如权利要求 8所述的控制方法， 其特征在于， 步骤（2 )开通直流断路器 的过程包括：
1 ) 闭合第一隔离开关 BRK1、第二隔离开关 BRK11、第三隔离开关 BRK2和第 四隔离开关 BRK21 ;
2 ) 闭合直流负荷开关中的交流断路器 BRK3;
3 ) 触发导通第一断流单元中的第一 IGBT和第二断流单元中的第三 IGBT;
4) 断开第二隔离开关 BRK11和第四隔离开关 BRK21。
10、 如权利要求 9所述的控制方法， 其特征在于， 步骤（4)根据电流类型， 对直流断路器进行关断控制， 包括：
对于故障电流：
①触发导通所述 IGBT阀段， 关断所述第二断流单元中的第三 IGBT; ②关断所述 IGBT阀段；
③第一避雷器动作并吸收能量；
④断开第一隔离开关 BRK1 ;
对于负荷电流：
i ) 断开直流负荷开关中的交流断路器 BRK3;
ϋ ) 直流负荷开关中的第二避雷器动作并吸收能量。
11、 如权利要求 8所述的控制方法， 其特征在于， 步骤 （2) 开通直流断路 器的过程包括：
1 ) 闭合主支路的第一隔离开关 BRK1、 第二隔离开关 BRK11、 第三隔离开关 BRK2和第四隔离开关 BRK21；
2) 闭合直流负荷开关中的交流断路器 BRK3;
3) 触发导通第一断流单元中的第二 IGBT和第二断流单元中的第四 IGBT;
4) 断开第二隔离开关 BRK11和第四隔离开关 BRK21。
12、如权利要求 11所述的控制方法， 其特征在于， 步骤（4)根据电流类型， 对直流断路器进行关断控制， 包括：
对于故障电流：
①触发导通所述 IGBT阀段， 关断所述第一断流单元中的第二 IGBT;
②第一避雷器吸收能量；
③断开第三隔离开关 BRK2;
对于负荷电流：
i ) 断开直流负荷开关中的交流断路器 BRK3;
ϋ ) 直流负荷开关中的第二避雷器吸收能量。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015213494A1 (de) * 2015-07-17 2017-01-19 Siemens Aktiengesellschaft Strombegrenzereinrichtung mit Spule und Schalter
CN107947535A (zh) * 2017-12-22 2018-04-20 清华四川能源互联网研究院 一种超高压直流断路器电力电子支路单元
US10516261B2 (en) 2015-10-16 2019-12-24 Supergrid Institute Interconnection equipment for a high-voltage DC grid
WO2023011768A1 (de) * 2021-08-04 2023-02-09 Vitesco Technologies GmbH Trennschaltereinheit

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103474983B (zh) * 2013-08-20 2015-05-13 国家电网公司 一种高压大电流直流断路器及其控制方法
CN104767171B (zh) * 2014-01-06 2018-01-19 国家电网公司 一种高压直流断路器及其实现方法
CN103986122B (zh) * 2014-05-14 2017-05-10 国家电网公司 一种附加二极管的模块化限流断路器功率模块
CN104600758B (zh) * 2014-12-29 2019-04-30 国家电网公司 一种高压直流断路器的自取能装置及其实现方法
CN104767185B (zh) * 2015-03-20 2017-07-21 浙江大学 一种具有直流故障清除能力的换流站及其控制方法
CN104900444B (zh) * 2015-06-26 2017-08-04 华北电力大学 直流断路器的拓扑结构及其控制方法
CN106711930A (zh) * 2015-07-24 2017-05-24 国网智能电网研究院 一种直流断路器及其控制方法
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
CN105703324A (zh) * 2016-03-18 2016-06-22 国网浙江省电力公司电力科学研究院 一种电流转移型高压直流断路器
CN106655119A (zh) * 2016-11-17 2017-05-10 全球能源互联网研究院 一种用于清除交直流系统故障电流的电路及其控制方法
CN106532661B (zh) * 2016-11-22 2019-08-06 平高集团有限公司 一种高压直流断路器的分闸控制方法
CN106655081B (zh) * 2016-11-30 2019-03-01 平高集团有限公司 一种直流断路器及其控制方法
CN106972479B (zh) * 2017-04-21 2020-02-14 贵州电网有限责任公司 一种直流微电网的设计方法及高低压直流断路器
WO2019035180A1 (ja) * 2017-08-15 2019-02-21 株式会社東芝 直流電流遮断装置
CN107666140B (zh) * 2017-09-01 2019-03-26 天津大学 一种具有多个接线端的组合式直流断路器及其控制方法
CN109936352A (zh) * 2017-12-19 2019-06-25 株洲中车时代电气股份有限公司 基于igbt的全固态直流断路器及其控制方法
CN109347077B (zh) * 2018-11-06 2020-05-22 西安交通大学 一种电流双向高压直流输电网用故障电流控制器

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1297239A (zh) * 1999-11-17 2001-05-30 株式会社日立制作所 换向型直流断路器
CN101807497A (zh) * 2009-02-17 2010-08-18 施耐德电器工业公司 带选择性的直流断路器
CN102360991A (zh) * 2011-09-30 2012-02-22 中国电力科学研究院 一种多断口串联式高压直流断路器
WO2013060359A1 (en) * 2011-10-25 2013-05-02 Abb Technology Ag Direct current breaker and electrical power system comprising such direct current breaker
CN103208386A (zh) * 2013-03-29 2013-07-17 浙江大学 基于双开关式的高压直流断路器
CN103219699A (zh) * 2013-02-06 2013-07-24 西安交通大学 一种高压混合式直流断路器
CN103474983A (zh) * 2013-08-20 2013-12-25 国家电网公司 一种高压大电流直流断路器及其控制方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001505757A (ja) * 1996-12-17 2001-04-24 アセア、ブラウン、ボベリ、アクチエボラーグ 過電流低減によって対象物を過電流に対して保護する装置および方法
US8081497B2 (en) * 2006-01-18 2011-12-20 Abb Technology Ltd. Converter station
US20130050881A1 (en) * 2010-05-11 2013-02-28 Abb Technology Ag Plant for transmitting high voltage dc electric power including overvoltage protection

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1297239A (zh) * 1999-11-17 2001-05-30 株式会社日立制作所 换向型直流断路器
CN101807497A (zh) * 2009-02-17 2010-08-18 施耐德电器工业公司 带选择性的直流断路器
CN102360991A (zh) * 2011-09-30 2012-02-22 中国电力科学研究院 一种多断口串联式高压直流断路器
WO2013060359A1 (en) * 2011-10-25 2013-05-02 Abb Technology Ag Direct current breaker and electrical power system comprising such direct current breaker
CN103219699A (zh) * 2013-02-06 2013-07-24 西安交通大学 一种高压混合式直流断路器
CN103208386A (zh) * 2013-03-29 2013-07-17 浙江大学 基于双开关式的高压直流断路器
CN103474983A (zh) * 2013-08-20 2013-12-25 国家电网公司 一种高压大电流直流断路器及其控制方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015213494A1 (de) * 2015-07-17 2017-01-19 Siemens Aktiengesellschaft Strombegrenzereinrichtung mit Spule und Schalter
US10516261B2 (en) 2015-10-16 2019-12-24 Supergrid Institute Interconnection equipment for a high-voltage DC grid
CN107947535A (zh) * 2017-12-22 2018-04-20 清华四川能源互联网研究院 一种超高压直流断路器电力电子支路单元
CN107947535B (zh) * 2017-12-22 2024-02-20 清华四川能源互联网研究院 一种超高压直流断路器电力电子支路单元
WO2023011768A1 (de) * 2021-08-04 2023-02-09 Vitesco Technologies GmbH Trennschaltereinheit

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CN103474983B (zh) 2015-05-13
CN103474983A (zh) 2013-12-25

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