一种新型组合式直流断路器拓扑制造技术

本发明专利技术公开了一种新型组合式直流断路器拓扑，所述拓扑结构在每条直流母线上仅采用一个主断开关，一个失灵辅助开关，与主断开关串联的一个转移开关TS0，两组不同方向的二极管，以及对应m条线路的转移开关TS1‑TSm；所述转移开关TS0与失灵辅助开关并联后与主断开关串联，主断开关一端与直流母线相连，另一端通过转移开关TS0与流入线路方向的二极管组相连，还通过失灵辅助开关与流出线路方向的二极管组相连，转移开关TS1‑TSm分别连接在母线与对应的线路1‑线路m之间。所述新型组合式直流断路器在系统正常运行时，各部分开关两端承受的电压均为零，可以有效降低器件被击穿的概率，提高系统整体的运行可靠性，且采用的主要器件较少，经济性更好。

A New Combined DC Circuit Breaker Topology

The invention discloses a novel combined DC circuit breaker topology, which adopts only one main breaker, one failure auxiliary switch, one transfer switch TS0 in series with the main breaker, two groups of diodes in different directions, and the transfer switch TS1_TSm corresponding to m lines. The transfer switch TS0 is parallel to the failure auxiliary switch and is connected with the main switch. One end of the main switch is connected with the DC bus, the other end is connected with the diode group in the direction of the incoming line through the transfer switch TS0, and the other end is connected with the diode group in the direction of the outgoing line through the failure auxiliary switch. The transfer switch TS1 TSm is connected between the bus bar and the corresponding line 1 line m, respectively. The new combined DC circuit breaker can effectively reduce the probability of breakdown of devices and improve the reliability of the system as a whole. The main devices used are less and the economy is better.

【技术实现步骤摘要】
一种新型组合式直流断路器拓扑
本专利技术涉及柔性直流输电系统领域，具体涉及一种具备重合闸功能与快速机械开关失灵保护功能的新型组合式直流断路器拓扑。
技术介绍
近年来我国对能源结构的调整，促进了以风电为主的新能源发电技术的发展。同时为提升电网消纳不稳定新能源的能力，基于电压源换流器(voltagesourceconverter，VSC)的柔性直流输电技术也受到了广泛的关注。柔性直流输电系统中，传统VSC换流站不具备清除直流侧故障的能力，是研究的一大热点。改造换流站采用自清除子模块或采用直流断路器是该问题的两个解决办法，前者一方面自清除子模块自身损耗相对较高，另一方面动作时会引起直流系统短时停电；相比而言，后者既可于系统正常运行时改变运行方式，又可在直流系统不停电情况下快速切除故障元件，具备一定优势。相较于寿命较短的机械式直流断路器，以及通态损耗极高的固态式直流断路器，基于强迫换流原理的混合式直流断路器有着更好的应用前景，其具备良好的速动性，可低损耗经济运行，同时使用寿命较长。但混合式直流断路器分散应用于柔性直流电网每条线路中时一次成本造价昂贵。为此，研究人员提出了组合式直流断路器，其通过在换流站对应的每条母线上仅采用一个昂贵的主断部分，可有效切除所连任一线路上发生的故障，大大节约制造成本。但这种组合式断路器正常运行时器件长时间持续承受高电压，任一线路故障动作时存在主断接地过程，同时不具备对快速机械开关的失灵保护功能，故仍须进一步的改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供了一种新型组合式直流断路器拓扑，能够在系统正常运行时，有效降低电力电子器件的压力，降低器件被击穿的概率，提高系统整体的运行可靠性；同时，所述新型组合式直流断路器采用的主要器件较少，经济性更好。本专利技术的目的可以通过如下技术方案实现：一种新型组合式直流断路器拓扑，其在每条直流母线上仅采用一个主断开关，一个失灵辅助开关，与主断开关串联的一个转移开关TS0，两组不同方向的二极管，以及对应m条线路的转移开关TS1-TSm；所述转移开关TS0与失灵辅助开关并联后与主断开关串联，主断开关一端与直流母线相连，另一端通过转移开关TS0与流入线路方向的二极管组相连，还通过失灵辅助开关与流出线路方向的二极管组相连，转移开关TS1-TSm分别连接在母线与对应的线路1-线路m之间。进一步地，所述主断开关由n个全桥子模块串与避雷器相互并联构成，每个全桥子模块串由m个全桥子模块串联组成，总体需要的全桥子模块数量为n*m个。进一步地，所述全桥子模块由4个二极管以及一个单方向的IGBT桥式连接组成。进一步地，所述避雷器采用氧化锌避雷器。进一步地，所述转移开关由快速机械开关与电流转移开关组成，快速机械开关具备快速动作的特性，在2ms时间内能够完全打开，电流转移开关具备一定冗余，由双方向的IGBT串并联组成，并联串数为i，串联个数为j。进一步地，所述失灵辅助开关由多个单方向的晶闸管串并联组成，并联串数为x，串联个数为y。进一步地，所述新型组合式直流断路器拓扑在线路侧还配置有避雷器，线路避雷器并联在直流线路两侧并与地相连。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、本专利技术提供的新型组合式直流断路器拓扑，采用的电力电子器件更少，以连接m条线路为例，略去造价低的转移开关与二极管组，对现已提出的组合式直流断路器与本专利技术提出的新型组合式直流断路器所采用的主要器件数量进行对比，现已提出的组合式断路器须采用：1个单方向主断开关，m个单方向晶闸管组成的辅助放电开关；新型组合式断路器须采用：1个双方向主断开关(虽为双方向，但采用桥式子模块结构仅须要单方向的IGBT即可实现电流双向流动)，1个单方向晶闸管组成的失灵辅助开关。综上可见，新型组合式断路器采用的主要器件较少，经济性更好。2、本专利技术提供的新型组合式直流断路器拓扑，正常运行时，各部分器件无须承受系统对地电压，在高压直流系统中，直流断路器内部的高压电力电子器件价格高昂，内部电力电子器件被击穿，系统的稳定运行存在安全隐患，同时维修更换所损坏的器件成本较高，因而应尽可能降低器件被击穿的概率，提高器件的绝缘水平，新型组合式直流断路器在系统正常运行时，各部分开关两端承受的电压均为零，可以有效降低电力电子器件的压力，降低器件被击穿的概率，提高系统整体的运行可靠性。3、本专利技术提供的新型组合式直流断路器拓扑，不存在主断长时间接地的过程，适用于限流电抗器集中配置、分散配置、混合配置的直流电网，实际工程中采用分散配置或混合配置的直流电抗器配置方式具有重要的实践意义和作用，这两种配置在直流线路两端设置限流电抗器，除了可以进一步限制系统的故障电流，又有利于为保护区内故障与所有类型的区外故障之间设置边界，从而提高保护的选择性；现已提出的组合式直流断路器在任一线路故障后的动作过程中，存在主断长时间接地的过程，此时MMC直接经过母线电抗器Lbus对地放电，线路电抗器Lline的限流作用无法充分发挥，须采用数值较大的母线电抗器实现限流，但这样做会削弱线路电抗器的边界作用，不利于其在限流电抗器分散配置或混合配置的直流电网中的应用；而新型组合式直流断路器在任一线路故障的动作过程中，故障电流均可流经线路电抗器Lline与母线电抗器Lbus，可以起到限制故障电流和为保护提供边界的作用，可适用于限流电抗器集中配置、分散配置、混合配置的直流电网中。4、本专利技术提供的新型组合式直流断路器拓扑，功能更完备，具备重合闸功能和对快速机械开关的失灵保护，所提出的新型组合式直流断路器通过失灵辅助开关对不同方向的二极管的选择，可以在某一故障线路的转移开关的快速机械开关失灵后，为其余正常线路的转移开关提供电流转移支路，从而可以实现失灵保护动作；同时，重合闸时只须将主断开关闭合即可快速检测线路是否发生永久性故障，迅速闭合两侧的转移开关即可快速实现重合；新型组合式直流断路器功能完备，有利于应对直流电网中各类突发情况，确保无故障系统持续可靠运行。附图说明图1为现有技术中的组合式直流断路器整体拓扑结构。图2为现有技术中的组合式直流断路器分断部分拓扑结构。图3为本实施例中的新型组合式直流断路器拓扑结构。图4为本实施例中的新型组合式直流断路器线路故障时的动作过程。图5为本实施例中的新型组合式直流断路器快速机械开关故障时动作过程。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例：现有的组合式直流断路器，具体拓扑如图1、图2所示，其通过在换流站对应的每条母线上仅采用一个昂贵的主断部分，可有效切除所连任一线路上发生的故障，大大节约制造成本。但这种组合式断路器正常运行时器件长时间持续承受高电压，任一线路故障动作时存在主断接地过程，同时不具备对快速机械开关的失灵保护功能，故仍须进一步的改进。针对上述不足，本实施例提供了一种新型组合式直流断路器拓扑，拓扑结构图如图3所示，所述新型组合式直流断路器拓扑在每条直流母线上仅采用一个主断开关，一个失灵辅助开关，与主断开关串联的一个转移开关TS0，两组不同方向的二极管，以及对应m条线路的转移开关TS1-TSm；所述转移开关TS0与失灵辅助开关并联后与主断开关串联，主断开关一端与直流母线相连，另一端通过转移开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型组合式直流断路器拓扑，其特征在于：所述新型组合式直流断路器拓扑在每条直流母线上仅采用一个主断开关，一个失灵辅助开关，与主断开关串联的一个转移开关TS0，两组不同方向的二极管，以及对应m条线路的转移开关TS1‑TSm；所述转移开关TS0与失灵辅助开关并联后与主断开关串联，主断开关一端与直流母线相连，另一端通过转移开关TS0与流入线路方向的二极管组相连，还通过失灵辅助开关与流出线路方向的二极管组相连，转移开关TS1‑TSm分别连接在母线与对应的线路1‑线路m之间。

【技术特征摘要】
1.一种新型组合式直流断路器拓扑，其特征在于：所述新型组合式直流断路器拓扑在每条直流母线上仅采用一个主断开关，一个失灵辅助开关，与主断开关串联的一个转移开关TS0，两组不同方向的二极管，以及对应m条线路的转移开关TS1-TSm；所述转移开关TS0与失灵辅助开关并联后与主断开关串联，主断开关一端与直流母线相连，另一端通过转移开关TS0与流入线路方向的二极管组相连，还通过失灵辅助开关与流出线路方向的二极管组相连，转移开关TS1-TSm分别连接在母线与对应的线路1-线路m之间。2.根据权利要求1所述的新型组合式直流断路器拓扑，其特征在于：所述主断开关由n个全桥子模块串与避雷器相互并联构成，每个全桥子模块串由m个全桥子模块串联组成，总体需要的全桥子模块数量为n*m个。3.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑晓铭，李海锋，李健涛，郭彦勋，王钢，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44