一种适用于直流电网的降压钳位式直流断路器制造技术

本发明专利技术涉及一种适用于直流电网的降压钳位式直流断路器，属于多端直流、直流电网技术领域；该拓扑可划分为四个支路，分别为钳压限流支路、充电支路、稳态低损耗支路和续流耗能支路，需要使用到电容、隔离开关、电阻和电感等器件。该降压钳位式直流断路器通过在故障回路接入预充电电容，并利用其充电产生的钳位电压和限制电流增长的作用，将网侧线路电压降为零，从而消除直流故障。

A buck clamp DC circuit breaker for DC power grid

The invention relates to a buck clamp type DC circuit breaker suitable for DC power grid, belonging to the technical field of multi-terminal DC and DC power grids; the topology can be divided into four branches, namely, clamp voltage current limiting branch, charging branch, steady-state low-loss branch and continuous-current energy dissipation branch, which need to use capacitors, disconnectors, resistors and inductors, etc. The buck clamp DC circuit breaker connects the pre-charged capacitor into the fault circuit, and uses the clamp voltage generated by the charging and the effect of limiting the current growth to reduce the line voltage to zero, thereby eliminating the DC fault.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于直流电网的降压钳位式直流断路器
本专利技术涉及一种适用于直流电网的降压钳位式直流断路器，属于多端直流、直流电网领域。
技术介绍
柔性直流输电是新一代电力传输技术，可用于电网互联和可再生能源接入等领域。基于柔性直流输电的多端直流和直流电网，是未来电网发展和变革的重要方向之一。目前在建的张北工程，是我国直流输电的标志性工程，未来的直流电网工程将向更多端、更大容量、更高可靠性的方向发展。在远距离直流输电工程中，架空线传输是主要的传输方式，架空线暴露于外界，故障风险高；此外，直流故障的发展速度极快，故障电流大且不存在自然过零点，使得直流故障的清除更加困难，这对直流电网故障清除策略提出了很高的要求。目前的实现方法分为以下几种：基于叠加振荡电流产生电流过零点，进而实现电流分断，缺点是关断延迟过长，关断电流有限；直流线路增加逆变-整流环节，在逆变后的交流侧用交流断路器切断电流，缺点是关断延迟大，要等到电流过零点才能关断，且损耗大、造价昂贵；用大量的电力电子器件串联，上面并联避雷器，在正常工作时电流流过阻抗较低的支路，起到降低损耗的作用，在关断时先将电流转移到电力电子支路，然后将隔离开关打开，再用电力电子器件进行关断，用避雷器吸收故障能量。缺点是关断电流有限，而且关断时要先将电流转移到电力电子支路，还要等待隔离开关完全打开，从一定程度上加大了关断延迟。部分不依赖于直流断路器的故障清除策略，如半全混合拓扑等，由于较大的器件数量和运行损耗，很难实现较好的经济性。未来多端直流和直流电网中的直流断路器的开发依然有很多问题亟待解决，研究适用于高电压、大电流场合，且具有良好快速性、经济性的直流故障清除策略已经成为了迫切需要。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种适用于直流电网的降压钳位式直流断路器。本专利技术的目的在于克服当前高压直流断路器容量低、快速性和经济性差的缺点。本专利技术所采用的技术方案是：在正常运行的时候，断路器流过正常的工作电流，不影响系统的正常运行；在直流线路故障发生时，经过充电回路预充电的钳位电容，在钳位限流回路中被接入主电路，利用其充电产生的高电压和限流作用，使线路电压被降为零，线路上的隔离开关便可分断故障线路；故障侧的线路储存的能量可以经过续流耗能回路进行耗能。与现有技术相比，本专利技术具有的优势为：1、快速性高，首先，本方案在电压降为零之后即可分断快速机械开关，快速机械开关打开之后故障便得到清除，无需等待故障完全清除，降低了关断延迟；此外，由于电容经过了预充电，所以在故障发生时电容已经有了较高的电压，所以能够更快地完成故障隔离操作，进一步提升了清除速度。2、成本低，本方案不需要将大量的电力电子器件进行串并联来实现故障清除，只需要小容值的电容进行辅助操作，电容的成本会远远小于电力电子器件的成本。3、运行经济，本方案在稳态运行情况下，回路中所接入的电力电子器件数量远远小于传统直流断路器方案，所以在稳态运行时，所产生的开通损耗和关断损耗均更加小，总的损耗也就更加的低，使得断路器的运行更为经济。附图说明下面结合附图对本专利技术进一步说明。图1示出了一种适用于直流电网的降压钳位式直流断路器拓扑结构示意图，包括钳压限流支路、充电支路、稳态低损耗支路和续流耗能支路；图2示出了充电阶段示意图；图3示出了钳压限流阶段示意图；图4示出了续流耗能阶段示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。一种适用于直流电网的降压钳位式直流断路器拓扑结构示意图如图1所示，包括钳压限流支路、充电支路、稳态低损耗支路和续流耗能支路；图2示出了充电阶段示意图，充电开始时，打开隔离开关UFD2将分压电容Cc、充电电阻Rc和充电电感Lc接入充电回路，此时直流线路开始向钳位电容C充电，直流电流Idc分流为稳态电流Isteady和充电电流Icharge两部分，如图2(b)所示。由于回路中接入了二极管，在钳位电容C的电压达到最高值后，该RLC支路不会进入震荡过程，电流将降至零，此时关断UFD2隔离充电支路，充电过程结束。图3示出了钳压限流阶段示意图，t0时刻故障发生，故障电流Ifault由换流站经低损耗支路流向故障点，如图3(a)所示。t1时刻系统检测到故障，发出指令闭锁T1，低损耗支路上的故障电流迅速转移到T2和限流电阻R组成的支路中，并由限流电阻R进行初步限流，如图3(b)所示。当流经UFD1的电流降为0时，关断UFD1。由于隔离开关关断一般有2-3ms延时，故需要等待UFD1完全关断，才可进行下一步操作。t2时刻，UFD1完全关断，此时闭锁T2以将钳位电容C接入故障电流回路，使其在初始电压的基础上进一步充电，利用其产生的反向电压钳位换流站的直流电压。在此过程中，钳压限流支路中的电流以较大的速度下降，故还需同时开通T3以为故障电流提供续流回路。该过程中网侧电流Igrid由钳压支路电流Iclamp和续流耗能电流Iconsume两部分，如图3(c)所示。t3时刻，钳压支路电流降至零，将UFD3关断以隔离故障线路，该操作同样需要2-3ms的延时。图4示出了续流耗能阶段示意图，t4时刻UFD3完全关断，闭锁T3，将耗能电容Cc、耗能电阻Rc和耗能电感Lc组成的耗能支路接入，加快线路能量消耗的过程。t5时刻，耗能完成，故障清除操作完成。最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于直流电网的降压钳位式直流断路器，其特征在于：包括钳压限流支路、充电支路、稳态低损耗支路和续流耗能支路，需要使用到IGBT开关、电容、隔离开关、电阻和电感等器件。

【技术特征摘要】
1.一种适用于直流电网的降压钳位式直流断路器，其特征在于：包括钳压限流支路、充电支路、稳态低损耗支路和续流耗能支路，需要使用到IGBT开关、电容、隔离开关、电阻和电感等器件。2.根据权利要求1所述的一种适用于直流电网的降压钳位式直流断路器，其特征在于：钳压限流支路的作用是将电容接入电路，从而起到故障钳位和限流的作用；充电支路的作用是对电容进行预充电；稳态低损耗支路的作用是在稳态时流过稳态电流；续流耗能之路的作用是在故障隔离后为线路上的剩余电流提供续流回路，同时耗能。3.根据权利要求1所述的一种适用于直流电网的降压钳位式直流断路器，其特征在于：充电阶段，充电回路将电容和充电电阻、分压电容等共...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾秀芳，李嘉龙，赵西贝，许建中，赵成勇，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11