直流断路器及直流输电系统断路方法技术方案

本发明专利技术提供一种直流断路器，用于控制高压直流输电系统的通断，包括控制系统、保护支路以及并联的通流电路和LC强制转移电路；所述通流电路由断路器本体和电力二极管串联组成；所述LC强制转移电路由第一预充电电容、第一电感和晶闸管串联组成，所述晶闸管的响应时间比所述断路器本体的响应时间短；所述保护支路用于在所述通流电路和/或LC强制转移电路两端的电压大于或等于电压设定值时，进行电压钳位；所述控制系统用于控制所述通流电路、LC强制转移电路通断；所述控制系统用于在所述断路器本体断开前，向所述晶闸管发出导通信号，使所述断路器本体断开时刻通过所述通流电路的电流小于或等于第一电流设定值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及断路器领域，特别涉及一种直流断路器及一种直流输电系统断路方法。
技术介绍
近年来由于直流系统其线路造价低、没有容性电流、没有涡流损耗、潮流更容易控制等优点，直流高压直流输电系统备受关注。特别是某些特定场合，如大型船舶供电系统、城市轨道交通供电系统等直流系统得到了长足的发展。同时伴随着直流系统的容量持续增长和电压等级的不断提高，其短路电流峰值可达到100kA以上，同时其短路电流上升率也在15A/us以上。传统的机械式断路器，由于其自身开断时间长，限流能力有限等特点的限制，难以适应直流系统的高电压、大电流的发展需求。随着电力电子技术的不断发展，出现了基于门极可关断器件的固态直流断路器，其拥有动作时间短，可以实现无弧分断的特点使其在一定场合得到了应用。但是和传统的机械式断路器相比，其通态损耗大、承载能力有限和抗涌流、过电压能力较弱的缺点使得其在应用中有较大的局限性。现阶段的直流断路器的主要包括：机械式直流断路器、全固态直流断路器。机械式断路器开断容量有限、开断时间长，难以适应现阶段电力系统的高电压大电流的发展需求。全固态直流断路器的通态损耗大，通流能力有限，同样也难以适应直流系统大电流的需求。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术提供一种直流断路器及一种直流输电系统断路方法兼顾机械式断路器通态损耗小，全固态断路器动作迅速的优点，能够适应未来直流电网的高电压大电流的发展需求，解决直流输电网络由于断路器的因素而受到发展制约的问题。为达上述优点，本专利技术提供一种直流断路器，包括控制系统、保护支路以及通流电路和LC强制转移电路，所述通流电路和所述LC强制转移电路并联；所述通流电路包括串联连接的断路器本体和电力二极管；所述LC强制转移电路包括串联连接的第一预充电电容、第一电感和晶闸管，所述晶闸管的响应时间比所述断路器本体的响应时间短；所述保护支路用于在所述通流电路和/或LC强制转移电路两端的电压大于或等于电压设定值时，进行电压钳位；所述控制系统用于向所述断路器本体发出断开信号，并在所述断路器本体断开前，向所述晶闸管发出导通信号，使所述断路器本体断开时刻通过所述通流电路的电流小于或等于第一电流设定值；所述保护支路和所述LC强制转移电路并联，所述控制系统分别与所述断路器本体和所述晶闸管连接。在本专利技术的一个实施例中，所述控制系统用于在通过所述断路器本体的电流上升率大于或等于电流上升率设定值时、或控制系统接收到电路断开指令时、或通过所述断路器本体的电流大于设定第二电路设定值时，所述控制系统向所述断路器本体发出断开信号。在本专利技术的一个实施例中，所述通流电路导通、所述LC强制转移电路断开时，所述电力二极管可通过的电流方向与高压直流输电系统的电流方向相同；所述LC强制转移电路导通时，所述晶闸管可通过的电流方向与高压直流输电系统的电流方向相反。在本专利技术的一个实施例中，所述第一预充电电容还与串联的电子门极可关断器IGBT、耗能电阻、第二电感并联，所述电子门极可关断器IGBT与所述控制系统电连接。在本专利技术的一个实施例中，所述通流电路的电流减小到零后或所述通流电路的电流减小到零时所述通流电路断开。在本专利技术的一个实施例中，所述控制系统电连接有分别用于采集高压直流输电系统的电流和电压、通流电路的电流、LC强制转移电路的电流和电压、断路器本体状态、断路器本体的触点位移、断路器本体环境温度的传感器，以及用于处理传感器信号的信号处理系统、通讯系统、显示器、存储系统、用于通过控制系统打开或关闭所述断路器本体的手动按键，所述通讯系统用于与服务器通讯。在本专利技术的一个实施例中，所述断路器本体为高速真空开关。在本专利技术的一个实施例中，所述电力二极管用于在所述晶闸管导通后，所述通流电路的电流过零之后，使所述通流电路的电流被钳制在零电流。在本专利技术的一个实施例中，所述控制系统还用于在向所述晶闸管发出导通信号之前，根据所述断路器本体断开时刻和LC强制转移电路振荡周期计算出通流电路过零时间、根据所述通流电路过零时间和所述晶闸管的响应时间计算出向所述晶闸管发出导通信号的时刻。本专利技术还提供一种直流输电系统断路方法，用于控制任一上述的直流断路器，所述方法包括：所述控制系统向所述断路器本体发送断开信号；经过一定时间，所述控制系统向所述晶闸管发出导通信号，使通过所述通流电路的电流减小到小于或等于电流设定值后所述断路器本体断开,所述晶闸管的响应时间比所述断路器本体的响应时间短。在本专利技术中，断路器本体断开前控制器向晶闸管发出导通信号，通过LC强制转移电路产生振荡电流减小通流电路的电流，制造人工电流过零点。通过精确控制断路器本体断开时间，使断路器本体断开时刻通过所述通流电路的电流小于或等于第一电流设定值。通流电路在电流过零后打开，实现无弧分断，从而有效地解决了电路分断过程中触头的烧蚀问题。同时相较于传统的机械式开关，动作时间短，能够有效的限制直流系统的短路电流。附图说明图1所示为本专利技术第一实施例的拓扑结构图。图2所示为本专利技术第一实施例的放电电路的结构图。图3所示为本专利技术第一实施例的高速真空开关的原理示意图。图4所示为本专利技术第一实施例的控制系统框图。图5所示为本专利技术第一实施例的高速真空开关断开过程中，高压直流输电系统的电流、通流电路的电流、LC强制转移电路的电流、高速真空开关两端的变化图。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术提出具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。图1所示为本专利技术第一实施例的拓扑结构图。请参见图1，本实施例的直流断路器，用于控制高压直流输电系统的通断，包括控制系统以及并联的通流电路、LC强制转移电路、保护支路；控制系统用于控制通流电路、LC强制转移电路通断，通流电路由断路器本体HSS和电力二极管VD1串联组成；LC强制转移电路由第一预充电电容C1、第一电感L1和晶闸管VT1串联组成，晶闸管VT1、断路器本体HSS都与控制系统电连接。保护支路用于在通流电路和/或LC强制转移电路两端的电压大于或等于电压设定值时，进行电压钳位。通流电路导通、LC强制转移电路断开时，电力二极管VD1可通过的电流方向与高压直流输电系统的电流方向相同；LC强制转移电路导通时晶闸管VT1可通过的电流方向与高压直流输电系统的电流方向相反。经过高压直流输电系统的电流为i，经过通流电路的电流为i1，经过LC强制转移电路的电流i2,高速真空开关HSS两端的电压为Uhss。请参见图4，控制系统连接有分别用于采集高压直流输电系统的电流、电压、通流电路的电流、LC强制转移电路的电流、第一预充电电容电压、断路器本体状态、断路器本体的触点位移、断路器本体环境温度的传感器，以及用于处理传感器信号的信号处理系统、通讯系统、显示器、存储系统、用于通过控制系统打开或关闭断路器本体的手动按键，通讯系统用于与服务器通讯。显示器具有人机交互界面，信号处理系统，负责将信号采集系统采集到的电信号进行信号调理，包括但不限于：滤波、放大和A/D转换。控制系统的功能包括但不限于以下内容：将信号处理系统的处理过后的信号进行信号分析，该信号分析包括分析系统电流上升率、控制高速真空开关HSS和晶闸管VT1、IGBT通断的时间、将传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流断路器，其特征在于，包括控制系统、保护支路以及通流电路和LC强制转移电路，所述通流电路和所述LC强制转移电路并联；所述保护电路与所述LC强制转移电路并联；所述通流电路包括串联连接的断路器本体和电力二极管；所述LC强制转移电路包括串联连接的第一预充电电容、第一电感和晶闸管，所述晶闸管的响应时间比所述断路器本体的响应时间短；所述控制系统分别与所述断路器本体、所述晶闸管相连；所述保护支路用于在所述通流电路和/或LC强制转移电路两端的电压大于或等于电压设定值时，进行电压钳位；所述控制系统用于向所述断路器本体发出断开信号，并在所述断路器本体断开前，向所述晶闸管发出导通信号，使所述断路器本体断开时刻通过所述通流电路的电流小于或等于第一电流设定值。

【技术特征摘要】
1.一种直流断路器，其特征在于，包括控制系统、保护支路以及通流电路和LC强制转移电路，所述通流电路和所述LC强制转移电路并联；所述保护电路与所述LC强制转移电路并联；所述通流电路包括串联连接的断路器本体和电力二极管；所述LC强制转移电路包括串联连接的第一预充电电容、第一电感和晶闸管，所述晶闸管的响应时间比所述断路器本体的响应时间短；所述控制系统分别与所述断路器本体、所述晶闸管相连；所述保护支路用于在所述通流电路和/或LC强制转移电路两端的电压大于或等于电压设定值时，进行电压钳位；所述控制系统用于向所述断路器本体发出断开信号，并在所述断路器本体断开前，向所述晶闸管发出导通信号，使所述断路器本体断开时刻通过所述通流电路的电流小于或等于第一电流设定值。2.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于，所述控制系统用于在通过所述断路器本体的电流上升率大于或等于电流上升率设定值时、或控制系统接收到电路断开指令时、或通过所述断路器本体的电流大于设定第二电路设定值时，所述控制系统向所述断路器本体发出断开信号。3.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于，所述通流电路导通、所述LC强制转移电路断开时，所述电力二极管可通过的电流方向与高压直流输电系统的电流方向相同；所述LC强制转移电路导通时，所述晶闸管可通过的电流方向与高压直流输电系统的电流方向相反。4.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于，所述第一预充电电容还与串联的电子门极可关断器IGBT、耗能电阻、第二电感并联，所述电子门极可关断器IGBT与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金忠，高飞，冯英，徐征宇，王琳，郭佳豪，张书琦，徐丹，赵晓宇，崔彧菲，赵志刚，段嘉炜，孙建涛，易强，汪可，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，西安交通大学，国网山西省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11