一种辅助换流模块及高压直流断路器制造技术

本发明专利技术涉及一种辅助换流模块及高压直流断路器，其中的辅助换流模块为H桥模块，具有并联的第一桥臂和第二桥臂，第一桥臂由两个阀组同向串联而成，第二桥臂由另外两个阀组同向串联而成；第一桥臂的两个阀组的串联点为辅助换流模块的输入/输出端，第二桥臂的两个阀组的串联点为辅助换流模块的输出/输入端；该辅助换流模块还包括电容支路，电容支路与第一桥臂、第二桥臂并联。本发明专利技术的辅助换流模块采用H桥式结构，能够解决换流过程中电压应力问题，从而保证安全的换流过程。

【技术实现步骤摘要】
一种辅助换流模块及高压直流断路器
本专利技术涉及一种辅助换流模块及高压直流断路器，属于电力电子

技术介绍
随着基于电压源换流器的多端柔性直流和直流电网技术的广泛应用，快速直流断路器成为保证系统稳定、安全和可靠运行的关键设备之一。在交流系统中，交流电流在一个周期内存在两个自然过零点，交流断路器利用交流电流的自然过零点关断电流，而在直流系统中，直流电流不存在自然过零点，因此直流电流开断远比交流电流的开断困难。另一方面，直流输电系统的线路阻抗很小，直流侧短路故障发生后故障电流上升速度快，最快可在几个毫秒之内上升到峰值，这对直流断路器的动作时间和开断能力提出了苛刻的要求。目前，直流断路器的技术方案主要有三种类型，分别是基于常规开关的传统机械式直流断路器、基于纯电力电子器件的固态直流断路器以及基于二者结合的混合式直流断路器。其中，传统机械式直流断路器分断时间较长，固态直流断路器的损耗较大，随着高压大容量半导体器件的发展，结合常规机械开关和电力电子器件特点的混合式直流断路器技术得到快速发展。大量采用的直流断路器结构均为：并联的通流支路、断流支路和耗能支路。通流支路由一组(如2-3个)辅助换流模块和一组(如2-3个)机械开关串联而成；断流支路由大量断流模块串联而成；耗能支路为避雷器或非线性电阻器以吸收过电流。所谓辅助换流模块、断流模块均为开关管或者特定开关管拓扑(如H桥、半桥等)。另外，有些直流断路器还包括并联的缓冲支路，用于在闭锁断流支路时起到缓冲作用。混合式直流断路器正常运行状态下，由机械开关通流。若系统发生故障，在混合式直流断路器分断故障的过程中，将电流转移至与机械开关并联的断流支路，然后由电力电子器件分断电流，随后断开机械开关。基于该原理的混合式直流断路器既降低了通态损耗，又提高了分断速度。通常，通流支路中的辅助换流模块由全控器件正向/反向串联而成。这种拓扑结构和控制方法使得其切断电流过程中对直流系统产生很大的电压应力，不能保证直流输电系统的功率传输，混合式直流断路器“隔离故障区域保证健全部分”的优势无法发挥。因此，研究成本低、可扩展性强、具备重合闸功能，可以限制切断直流电流峰值同时降低对直流系统过电压应力的高压直流断路器及其实现方法，对保障直流输电系统的可靠运行具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种辅助换流模块及高压直流断路器，用于解决切断电流过程中对直流系统产生很大的电压应力问题。进一步的方案，还能够解决使用全控器件较多造成制造成本过高的问题。为解决上述问题，本专利技术提出了一种辅助换流模块，包括以下方案：辅助换流模块方案一：所述辅助换流模块为H桥模块，具有并联的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂由两个阀组同向串联而成，所述第二桥臂由另外两个阀组同向串联而成；第一桥臂的两个阀组的串联点为所述辅助换流模块的输入/输出端，第二桥臂的两个阀组的串联点为所述辅助换流模块的输出/输入端；所述辅助换流模块还包括电容支路，所述电容支路与所述第一桥臂、第二桥臂并联。辅助换流模块方案二：在辅助换流模块方案一的基础上，所述第一桥臂的两阀组为全控器件阀组(T1、T3)，所述第二桥臂的两阀组为全控器件阀组(T2、T4)。辅助换流模块方案三：在辅助换流模块方案一的基础上，所述第一桥臂的两阀组为全控器件阀组(T1、T3)，所述第二桥臂的两阀组为不控器件阀组(D2、D4)。辅助换流模块方案四：在辅助换流模块方案一的基础上，所述第一桥臂的两阀组为不控器件阀组(D1、D3)，所述第二桥臂的两阀组为不控器件阀组(D2、D4)；所述辅助换流模块还包括一条包含全控器件阀组的全控器件支路，该全控器件支路与第一、第二桥臂并联。辅助换流模块方案五：在辅助换流模块方案一、二、三或四的基础上，所述电容支路中还串联有限流电阻(R0)。辅助换流模块方案六：在辅助换流模块方案五的基础上，所述电容支路还包括与所述限流电阻(R0)并联的二极管(D0)。辅助换流模块方案七：在辅助换流模块方案二、三或四的基础上，所述全控器件阀组由一个或者至少两个同向串联的全控器件构成，所述不控器件阀组由一个或者至少两个同向串联的二极管构成。辅助换流模块方案八：在辅助换流模块方案七的基础上，所述全控器件为IGBT。本专利技术还提供了一种高压直流断路器，包括以下方案：断路器方案一：包括一个或者至少两个串联连接的直流断路器单元；所述直流断路器单元包括并联的通流支路、耗能支路、缓冲支路和断流支路；所述通流支路包括串联连接的至少一个机械开关和至少一个辅助换流模块；所述辅助换流模块为H桥模块，具有并联的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂由两个阀组同向串联而成，所述第二桥臂由另外两个阀组同向串联而成；第一桥臂的两个阀组的串联点为所述辅助换流模块的输入/输出端，第二桥臂的两个阀组的串联点为所述辅助换流模块的输出/输入端；所述辅助换流模块还包括电容支路，所述电容支路与所述第一桥臂、第二桥臂并联。断路器方案二：在断路器方案一的基础上，所述第一桥臂的两阀组为全控器件阀组(T1、T3)，所述第二桥臂的两阀组为全控器件阀组(T2、T4)。断路器方案三：在断路器方案一的基础上，所述第一桥臂的两阀组为全控器件阀组(T1、T3)，所述第二桥臂的两阀组为不控器件阀组(D2、D4)。断路器方案四：在断路器方案一的基础上，所述第一桥臂的两阀组为不控器件阀组(D1、D3)，所述第二桥臂的两阀组为不控器件阀组(D2、D4)；所述辅助换流模块还包括一条包含全控器件阀组的全控器件支路，该全控器件支路与第一、第二桥臂并联。断路器方案五：在断路器方案一、二、三或四的基础上，所述电容支路中还串联有限流电阻(R0)。断路器方案六：在断路器方案五的基础上，所述电容支路还包括与所述限流电阻(R0)并联的二极管(D0)。断路器方案七：在断路器方案二、三或四的基础上，所述全控器件阀组由一个或者至少两个同向串联的全控器件构成，所述不控器件阀组由一个或者至少两个同向串联的二极管构成。断路器方案八：在断路器方案七的基础上，所述全控器件为IGBT。本专利技术的辅助换流模块采用H桥式结构，能够解决换流过程中电压应力问题，从而保证换流过程的安全性。进一步的，在辅助换流模块中，将H桥模块的一个桥臂中价格昂贵的全控器件替换为不控器件，将全控器件和不控器件相结合，减少了全控器件的数量，降低了H桥模块的制造成本，同时确保了H桥模块的双向切断能力。通过在高压直流断路器的通流支路中串联将全控器件和不控器件相结合的辅助换流模块，与常规H桥模块相比，辅助换流模块减少了全控器件的数量，降低了高压直流断路器的制造成本，同时确保了高压直流断路器的电流双向切断能力。再进一步的，还可以将H桥模块的两个桥臂均替换为不控器件，同时增加一条全控支路，能够进一步地减少全控器件数量。附图说明图1是直流断路器单元的结构示意图；图2是辅助换流模块SMC的第一实施例；图3是辅助换流模块SMC的第二实施例；图4是辅助换流模块SMC的第三实施例；图5是辅助换流模块SMC的第四实施例；图6是辅助换流模块SMC的第五实施例；图7是辅助换流模块SMC的第六实施例；图8是缓冲模块SMS的结构示意图；图9是断流模块SMB的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明。现有的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辅助换流模块，其特征在于，所述辅助换流模块为H桥模块，具有并联的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂由两个阀组同向串联而成，所述第二桥臂由另外两个阀组同向串联而成；第一桥臂的两个阀组的串联点为所述辅助换流模块的输入/输出端，第二桥臂的两个阀组的串联点为所述辅助换流模块的输出/输入端；所述辅助换流模块还包括电容支路，所述电容支路与所述第一桥臂、第二桥臂并联。

【技术特征摘要】
1.一种辅助换流模块，其特征在于，所述辅助换流模块为H桥模块，具有并联的第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂由两个阀组同向串联而成，所述第二桥臂由另外两个阀组同向串联而成；第一桥臂的两个阀组的串联点为所述辅助换流模块的输入/输出端，第二桥臂的两个阀组的串联点为所述辅助换流模块的输出/输入端；所述辅助换流模块还包括电容支路，所述电容支路与所述第一桥臂、第二桥臂并联。2.根据权利要求1所述的辅助换流模块，其特征在于，所述第一桥臂的两阀组为全控器件阀组(T1、T3)，所述第二桥臂的两阀组为全控器件阀组(T2、T4)。3.根据权利要求1所述的辅助换流模块，其特征在于，所述第一桥臂的两阀组为全控器件阀组(T1、T3)，所述第二桥臂的两阀组为不控器件阀组(D2、D4)。4.根据权利要求1所述的辅助换流模块，其特征在于，所述第一桥臂的两阀组为不控器件阀组(D1、D3)，所述第二桥臂的两阀组为不控器件阀组(D2、D4)；所述辅助换流模块还包括一条包含全控器件阀组的全控器件支路，该全控器件支路与第一、第二桥臂并联。5.根据权利要求1-4中任一项所述的辅助换流模块，其特征在于，所述电容支路中还串联有限流电阻(R0)。6.根据权利要求5所述的辅...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴军辉，康成，程铁汉，高树同，
申请(专利权)人：平高集团有限公司，北京平高清大科技发展有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南,41