一种电容充电型双向直流断路器及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种电容充电型双向直流断路器，包括并联的辅助支路和主支路，其中辅助支路由第一机械开关和电力电子器件阀组串联而成，主支路由单相不可控整流桥和电容‑机械开关电容串联支路组合而成。本发明专利技术还公开了一种直流断路器，主支路由两个结构相同的电容串联支路反向并联联接而成，其中一个电容串联支路由机械开关、直流电容和二极管阀组串联而成，另一个电容串联支路结构与第一电容串联支路元件相同，接线方式相反。本发明专利技术还公开了对上述直流断路器进行故障隔离以及快速重合闸的控制方法。本发明专利技术可避免目前直流断路器的直流电容与线路电感容易形成电感‑电容振荡的缺陷，而且其开断直流故障电流稳定可靠，可实现快速重合闸。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统输配电
，更具体地，涉及一种电容充电型双向直流断路器及其在进行直流故障隔离中的应用。
技术介绍
随着模块化多电平换流器的发展，利用模块化多电平换流器构成直流电网是电力工业界近年来备受关注的一个热点。直流电网需要在直流侧对直流输电线路进行互联，发生直流故障时，需要快速隔离故障线路以避免直流电网电压崩溃，为此，直流断路器是大型直流电网不可或缺的装置。固态开关直流断路器是一种典型的直流断路器，其由数量众多的全控型电力电子器件串联而成，这种直流断路器其开断直流故障电流的速度很快，可以快至数百微妙，但是该方案存在的主要缺陷在于由于需要数量众多的全控型电力电子器件，其成本高，导通损耗高，并且多个全控型电力电子器件串/并联带来了均压/均流困难的缺陷。为克服固态开关直流断路器存在的损耗高缺陷，现有技术中存在一种混合型高压直流断路器，其主要由辅助支路和固态开关支路并联而成，其中辅助支路由全控型电力电子器件和快速机械开关串联而成，而固态开关支路与固态开关直流断路器基本一致，由数量众多的全控型电力电子器件串联而成。正常工作时，辅助支路和固态开关支路同时处于导通状态，由于固态开关支路的导通电阻远高于辅助支路，直流电流主要经过辅助支路流通，固态开关支路上的电流几乎为零，从而使得混合型高压直流断路器克服了固态开关直流断路器损耗高的缺陷。开断直流故障电流时，将先关断辅助直流的全控型电力电子器件从而将直流电流转移到固态开关支路，而后由固态开关支路及其并联的避雷器隔离直流故障电流。这种混合型高压直流断路器具有损耗低的优点，但由于仍包含固态开关支路，其成本比固态开关直流断路器还要高，同时在关断期间其固态开关支路吸收了大量的能量，使得固态开关支路无法短时间内进行连续关断操作，从而混合型高压直流断路器不具备快速重合闸的能力，导致故障恢复后的供电速度缓慢。专利文献WO2013/093066A中公开了一种混合型高压直流断路器，如图1所示，其包括主支路24和辅助支路28，其中主支路24包括相互串联的机械开关3和电力电子器件阀组4，辅助支路28与主支路24并联，其包括电容器5。该型直流断路器通过直流故障时将故障电流转移到电容器5的方式，实现隔离直流故障，其可以克服常规的混合型高压直流断路器主支路成本高昂的缺陷等缺陷，但是，其因为限流电感2和电容器5构成串联回路，一方面其在开断故障电流期间存在电感-电容谐振，需要经较长时间才能关断直流故障电流，同时其完成一次关断后，其电容器5的电压被充电至高压状态，需要对电容5放电后才能实现重合闸，而对电容5放电需要一定的时间，为此上述方案无法实现快速重合闸，而且其电力电子器件阀组4全部由全控型电力电子器件构成，电力电子器件阀组4成本较高。专利文献CN105656019A公开了一种电容充电型直流断路器，其包括并联的辅助支路和主支路，其中辅助支路由第一机械开关和电力电子器件阀组串联而成，主支路由直流电容和二极管阀组串联而成，通过直流故障期间直流电流对直流电容的充电效应隔离直流故障电流。重合闸时，检测到直流断路器线路侧直流电压高于某一阈值时才发出重合闸指令。本专利技术可避免目前直流断路器的直流电容与线路电感容易形成电感-电容振荡的缺陷，而且其开断直流故障电流稳定可靠，可实现快速重合闸。但是，该方案中，由于直流故障电流仅能单向地给直流充电，其只能隔离直流断路器线路侧直流故障，存在无法隔离直流母线侧直流故障的问题，也无法对联接于相同直流母线的其他直流线路提供后备保护。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种电容充电型双向直流断路器，通过改进混合型高压直流断路器的结构，使得隔离直流故障时，可避免目前直流断路器的电容器与线路电感容易形成电感-电容振荡的缺陷，而且其可以隔离直流母线侧直流故障，其开断直流故障电流稳定可靠，同时也可对联接于相同直流母线的其他直流线路提供后备保护。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种电容充电型双向直流断路器，其包括并联的辅助支路和主支路，其中，所述辅助支路包括电力电子器件阀组，以作为直流断路器正常导通时的直流电流流经支路；所述主支路由单相不可控整流桥和由直流电容与机械开关串联组成的电容-机械开关支路组合而成，其中所述不控整流桥的输入端口分别与辅助支路的两个端口相联接，所述不控整流桥的高、低压直流端口间串联联接所述电容-机械开关串联支路。本方案中，辅助支路具备双向地隔离直流故障电流的功能，所述主支路的不控整流桥的输入端口分别与辅助支路的两个端口相联接，不控整流桥的高、低压直流端口间串联联接直流电容，从而使得线路侧或母线侧发生直流故障时，直流电容均能被充电；正常闭合状态时，辅助支路处于闭合状态，直流电流经过辅助支路流通，隔离直流故障电流时，电力电子器件阀组将首先被关断从而将直流电流转移至主支路，直流电流将对直流电容进行充电，当直流电容电压高于非故障侧直流电压时，直流电流将开始下降并最终降为零。该方案用于在需要开断直流故障电流时将故障电流转移到该支路上。在所述电容器两侧电压高于直流断路器母线侧直流电压时使直流电流开始下降并最终降为零。单相不可控整流桥可以实现主支路的双向通流能力，并且可以防止直流电流降为零后进一步变为负的值从而引起电容器与线路电感形成电感-电容振荡。作为本专利技术的进一步优选，所述主支路的电容器两侧还并联有放电支路，用于在直流断路器重合闸前对该电容器放电。作为本专利技术的进一步优选，所述放电支路包括相互串联的机械开关和电阻。作为本专利技术的进一步优选，所述放电支路为相互并联的多个。作为本专利技术的进一步优选，所述辅助支路的电力电子器件阀组由反并联的全控型电力电子器件和反并联的晶闸管串联而成。作为本专利技术的进一步优选，所述直流断路器的辅助支路和主支路上还并联了第三支路，该第三支路由一个避雷器或由多个避雷器串联和/或并联组合而成。作为本专利技术的进一步优选，所述直流断路器的主支路以及辅助支路构成的并联回路的外部还串联了直流限流电感，以限制直流故障电流的上升速率。作为本专利技术的进一步优选，在直流断路器的线路侧额外并联有电容器，以可靠判断直流故障是否清除，从而用于重合闸。作为本专利技术的进一步优选，所述辅助支路还包括第一机械开关，该第一机械开关和电力电子器件阀组串联形成所述辅助支路。作为本专利技术的进一步优选，所述直流断路器的的主支路以及辅助支路构成的并联回路的外部还串联联接了第二机械开关，用于开断直流电流后在直流电源和直流断路器之间建立可靠的绝缘间隙从而防止母线侧直流电压持续施加在第三支路的避雷器上。作为本专利技术的进一步优选，所述辅助支路的电力电子器件阀组由可以快速关断的全控型电力电子器件(如绝缘栅双极型晶体管)和较慢速度的其他电力电子器件如晶闸管、可关断晶闸管等串联而成，上述方案可大大降低辅助支路的成本。作为本专利技术的进一步优选，所述额外并联的电容器上还串联联接有电阻。按照本专利技术的另一方面，提供一种利用所述直流断路器进行直流故障隔离的方法，其中，该方法包括在发生直流故障时，关断辅助支路的电力电子阀组，从而将故障电流转移至主支路给所述直流电容充电，待该直流电容电压高于直流断路器母线侧直流电压时，故障电流被熄灭，实现直流故障隔离。或者在发生直流故障时，先关断所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容充电型双向直流断路器，其包括并联的辅助支路和主支路，其中，所述辅助支路包括电力电子器件阀组，以作为直流断路器正常导通时的直流电流流经支路；其特征在于，所述主支路由单相不可控整流桥和由直流电容与机械开关串联组成的电容‑机械开关支路组合而成，其中所述不控整流桥的输入端口分别与辅助支路的两个端口相联接，所述不控整流桥的高、低压直流端口间串联联接所述电容‑机械开关串联支路。

【技术特征摘要】
1.一种电容充电型双向直流断路器，其包括并联的辅助支路和主支路，其中，所述辅助支路包括电力电子器件阀组，以作为直流断路器正常导通时的直流电流流经支路；其特征在于，所述主支路由单相不可控整流桥和由直流电容与机械开关串联组成的电容-机械开关支路组合而成，其中所述不控整流桥的输入端口分别与辅助支路的两个端口相联接，所述不控整流桥的高、低压直流端口间串联联接所述电容-机械开关串联支路。2.根据权利要求1所述的电容充电型双向直流断路器，其中，所述主支路的电容器两侧还并联有放电支路，用于在直流断路器重合闸前对该电容器放电。3.根据权利要求2所述的电容充电型双向直流断路器，其中，所述放电支路包括相互串联的机械开关和电阻。4.根据权利要求2或3所述的电容充电型双向直流断路器，其中，所述放电支路为相互并联的多个。5.根据权利要1-4中任一项所述的电容充电型双向直流断路器，其中，所述辅助支路的电力电子器件阀组由反并联的全控型电力电子器件和反并联的晶闸管串联而成。6.根据权利要求1-5中任一项所述的电容充电型双向直流断路器，其中，还包括与所述辅助支路和主支路并联的第三支路，该第三支路由一个避雷器或由多个避雷器串并联而成。7.根据权利要求1-6中任一项所述的电容充电型双向直流断路器，其中，所述主支路以及辅助支路构成的并联回路的外部还串联了直流限流电感，以限制直流故障电流的上升速率。8.根据权利要求1-7中任一项所述的电容充电型双向直流断路器，其中，所述直流断路器的线路侧额外并联有电容器，用于判断直流故障是否清除，以作为是否重合闸的条件。9.根据权利要1-8中任一项所述的电容充电型双向直流断路器，其中，所述辅助支路还包括第一机械开关，该第一机械开关和电力电子器件阀组串联形成所述辅助支路；和/或，所述主支路以及辅助支路构成的并联回路的外部还串联有第二机械开关。10.一种利用权利要求1-8中任一项所述的直流断路器进行直流故障隔离的方法，其中，该方法包括在发生直流故障时，关断辅助支路的电力电子阀组，从而将故障电流转移至主支路给所述直流电容充电，待该直流电容电压高于直流断路器母线侧直流电压时，故障电流被熄灭，实现直流故障隔离。11.一种利用权利要求9所述的直流断路器进行直流故障隔离的方法，其中，该方法包括在发生直流故障时，先关断所述辅助支路中的电力电子器件阀组，而后打开所述辅助支路上的第一机械开关；或先关断所述辅助支路中的电力电子器件阀组，而后打开所述辅助支路上的第一机械开关，并待线路直流电流降为零后，打开辅助支路外部串联联接的第二机械开关，从而实...

【专利技术属性】
技术研发人员：周猛，林卫星，文劲宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42