一种适用于混合式高压直流断路器双向并联负载换流开关的缓冲电路制造技术

本发明专利技术提出了一种适用于混合式高压直流断路器双向并联负载换流开关的缓冲电路结构及控制策略。所述电路结构包括电容C1p、C1n，绝缘栅双极型晶体管T1p、T1n，二极管D1p～D3n、电阻R1p～R2n。T1p的集电极、发射极分别与D1p的阴极、阳极相连；R1p的一端与T1p的发射极相连，另一端与节点S2相连；C1p的一端与T1p的集电极相连，另一端与节点S2相连；R2p与D2p并联；D2p的阳极、阴极分别与D3p的阴极、T1的集电极相连；D3p的阳极与节点S1相连；另一个完全相同的缓冲电路结构反向串联在节点S1、S2之间。所述电路控制策略包括在混合式高压直流断路器分、合闸时，对T1p、T1n的控制。本发明专利技术结构、控制简单，提高了混合式高压直流断路器的速动性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于混合式高压直流断路器双向并联负载换流开关的缓冲电路
本专利技术涉及一种适用于混合式高压直流断路器双向并联负载换流开关(loadcommutationswitch，LCS)的缓冲电路，属于高压直流输电领域。
技术介绍
基于电力电子技术的柔性直流输电(voltagesourceconverterbasedhighvoltagedirectcurrent，VSC-HVDC)以其功率控制灵活、无换相失败等优点在大电网互联、点对点功率传输方面已取得蓬勃发展，同时柔性直流输电也为随机性较强的太阳能、风能等发展迅猛的新能源并网和消纳提供了解决方案。高压直流断路器作为直流输电的关键技术之一，同时也是直流电网运行、控制、保护的基础。混合式高压直流断路器因其具有可靠性高、动作迅速、损耗低等特点，在高压直流系统中最具实用性。混合式高压直流断路器的结构多种多样，但其载流支路通常由LCS和超快速机械开关(ultrafastdisconnector，UFD)串联组成。LCS作为混合式高压直流断路器正常载流和故障换流的关键元件，其结构可分为双向串联和双向并联等两种类型。双向并联的LCS结构相比于双向串联的LCS结构，可以降低混合式高压直流断路器的通态损耗。故本专利技术基于混合式高压直流断路器双向并联的LCS结构展开进一步讨论。在实际工程中，混合式高压直流断路器合闸，应先闭合UFD机械触头，使LCS导通前有一定的正向压降，以保证LCS能正常触发导通；混合式高压直流断路器分闸，应先触发LCS开断，以保证固态主开关(mainbreaker，MB)能正常触发导通。这都会导致LCS中的IGBT承受很大的电压变化率，因此LCS两端必须配置降低电压变化率的缓冲电路，以保证LCS正常工作。目前LCS的缓冲电路主要有RCD(电阻、电容、二极管)缓冲电路和基于RCD的改进缓冲电路。RCD电路结构简单，但在混合式高压直流断路器分闸过程中，载流支路向固态主开关支路换流时，缓冲电容会经UFD放电，导致UFD分断电流增加，UFD触头分离时间变长，降低了混合式高压直流断路器的速动性；基于RCD的改进缓冲电路，去掉了缓冲电容经UFD的放电支路，但却导致混合式高压直流断路器分闸结束后，缓冲电容上剩余电压较高，降低了混合式高压直流断路器短时间内进行多次分合闸动作的可靠性。因此，针对双向并联LCS，需要研究性能更优的缓冲电路。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种适用于混合式高压直流断路器双向并联LCS的缓冲电路，其通过串联在缓冲电容与UFD之间的二极管D3p、D3n，阻断了缓冲电容C1p、C1n经UFD放电，提高了断路器的速动性；通过绝缘栅双极型晶体管T1p、T1n分别与小电阻R1p、R1n相连，为缓冲电容C1p、C1n形成了阻值可控变化的并联放电支路，降低了混合式高压直流断路器分闸动作结束后缓冲电容上剩余电压，提高了断路器短时间多次动作的可靠性。本专利技术采用的技术方案为：一种适用于混合式高压直流断路器双向并联LCS的缓冲电路，其结构特征在于，包括两个结构相同的正反向电流缓冲模块，并联接于节点X1、X2之间。其中一个电流方向的缓冲模块，包括：缓冲电容C1p，绝缘栅双极型晶体管T1p，二极管D1p、D2p、D3p，电阻R1p、R2p。T1p的集电极、发射极分别与D1p的阴极、阳极相连；R1p的一端与T1p的发射极相连，另一端与节点X2相连；C1p的一端与T1p的集电极相连，另一端与及节点X2相连；R2p与D2p并联；D2p的阳极、阴极分别与D3p的阴极、T1的集电极相连；D3p的阳极与节点X1相连。所述缓冲电路的控制策略包括在混合式高压直流断路器合闸时T1p、T1n的控制策略，以及在混合式高压直流断路器分闸时T1p、T1n的控制策略。在混合式直流断路器合闸时，保持T1p、T1n一直处于开断状态；混合式直流断路器分闸时，T1p、T1n的初始状态为开断，T1p、T1n的导通信号与UFD的触头分离信号同步，T1p、T1n的开断信号与MB的开断信号同步。本专利技术的特点及优势在于：二极管D3p、D3n串联在缓冲电容与UFD之间，阻断了缓冲电容C1p、C1n经UFD放电，提高了混合式高压直流断路器的速动性；绝缘栅双极型晶体管T1p、T1n分别与小电阻R1p、R1n相连，为缓冲电容C1p、C1n形成了阻值可控变化的并联放电支路，降低了混合式高压直流断路器分闸动作结束后缓冲电容上剩余电压，提高了混合式高压直流断路器短时间进行多次分合闸动作的可靠性；绝缘栅双极型晶体管T1p、T1n的控制与混合式高压直流断路器中UFD、MB的控制相结合，缓冲电路控制策略简单易实现。附图说明图1为本专利技术一种适用于混合式高压直流断路器双向并联LCS的缓冲电路结构图。图2为本专利技术在混合式高压直流断路器分闸时的控制策略流程图。图3为采用本专利技术的混合式高压直流断路器在合闸时的等效电路。图4为采用本专利技术的混合式高压直流断路器在分闸时的等效电路图5为采用本专利技术的混合式高压直流断路器的某一工程实例图6为采用本专利技术的混合式高压直流断路器在单次分闸时UFD电流曲线。图7为采用本专利技术的混合式高压直流断路器在短时间多次动作时缓冲电容与LCS的电压曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案进行进一步说明。有必要指出的是本实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述专利技术的内容做出一些非本质的改进和调整。本专利技术提出的一种适用于混合式高压直流断路器双向并联LCS缓冲电路的结构，如图1所示。为保证混合式高压直流断路器分合双向的电流能力，本专利技术包括两个结构相同的正反向电流缓冲模块，并联接于节点X1、X2之间。其中一个电流方向的缓冲模块，包括：缓冲电容C1p，绝缘栅双极型晶体管T1p，二极管D1p、D2p、D3p，电阻R1p、R2p。T1p的集电极、发射极分别与D1p的阴极、阳极相连；R1p的一端与T1p的发射极相连，另一端与节点X2相连；C1p的一端与T1p的集电极相连，另一端与及节点X2相连；R2p与D2p并联；D2p的阳极、阴极分别与D3p的阴极、T1的集电极相连；D3p的阳极与节点X1相连。本专利技术提出一种适用于混合式高压直流断路器双向并联LCS缓冲电路的控制策略，包括在混合式高压直流断路器合闸时T1p、T1n的控制策略，以及在混合式高压直流断路器分闸时T1p、T1n的控制策略。在混合式高压直流断路器合闸时，只需保持T1p、T1n一直处于开断状态即可。而在混合式高压直流断路器分闸时，T1p、T1n的初始状态为开断，T1p、T1n的导通信号与UFD的触头分离信号同步，T1p、T1n的开断信号与MB的开断信号同步，控制策略流程图如图3所示。应说明，从分闸开始到分闸结束，混合式高压直流断路器即完成一次分闸动作。图中所有的判断逻辑皆为混合式高压直流断路器已有控制电路所必需，故T1p、T1n的控制只需对混合式高压直流断路器已有控制电路稍作改进即可。因混合式高压直流断路器分合正、反向电流时，正反向缓冲电流模块工作原理相同。故仅以单方向电流缓冲模块为例，对其工作原理进行分析。混合式高压直流断路器合闸时，等效电路如图3所示。其中开关S1、S2分别代表LCS与UFD，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于混合式高压直流断路器双向并联负载换流开关(load commutation switch，LCS)的缓冲电路，其特征在于，包括：缓冲电容C1p，绝缘栅双极型晶体管T1p，二极管D1p、D2p、D3p，电阻R1p、R2p。T1p的集电极、发射极分别与D1p的阴极、阳极相连；R1p的一端与T1p的发射极相连，另一端与节点S2相连；C1p的一端与T1p的集电极相连，另一端与节点S2相连；R2p与D2p并联；D2p的阳极、阴极分别与D3p的阴极、T1p的集电极相连；D3p的阳极与节点S1相连。其中T1p、D1p、R1p构成的支路称作正向并联可控放电支路。

【技术特征摘要】
1.一种适用于混合式高压直流断路器双向并联负载换流开关(loadcommutationswitch，LCS)的缓冲电路，其特征在于，包括：缓冲电容C1p，绝缘栅双极型晶体管T1p，二极管D1p、D2p、D3p，电阻R1p、R2p。T1p的集电极、发射极分别与D1p的阴极、阳极相连；R1p的一端与T1p的发射极相连，另一端与节点S2相连；C1p的一端与T1p的集电极相连，另一端与节点S2相连；R2p与D2p并联；D2p的阳极、阴极分别与D3p的阴极、T1p的集电极相连；D3p的阳极与节点S1相连。其中T1p、D1p、R1p构成的支路称作正向并联可控放电支路。2.根据权利要求1所述的缓冲电路，其特征在于，混合式高压直流断路器合闸时：1)T1p一直处于开断状态，正向并联可控放电支路呈大阻值；2)超快速机械开关(ultrafastdisconnector，UFD)的触头闭合后，C1p通过二极管D3p、D2p充电；3)LCS导通后，C1p通过电阻R2p和LCS放电。3.根据权利要求1所述的缓冲电路，其特征在于，混合式高压直流断路器分闸时：1)在LCS开断前，T1p处于开断状态，正向并联可控放电支路呈大阻值；2)在LCS开断后，C1p通过二极管D3p、D2p充电；3)在UFD触头开始分离时，T1p导通，正向并联可控放电支路呈小阻值，同时二极管D3p阻断C1p经UFD的放电，C1p通过正向并联可控放电支路放电；4)在固态主开关(mainbreaker，MB)开断后，T1p开断，正向并联可控放电支路呈大阻值。4.一种适用于混合式高压直流断路器双向并联LCS的缓冲电路，其特征在于，包括：缓冲电容C1n，绝缘栅双极型晶体管T1n，二极管D1n、D2n、D3n，电阻R1n、R2n。T1n的集电极、发射极分别与D1n的阴极、阳极相连；R1n的一端与T1n的发射极相连，另一端与D3n的阳极相连；C1n的一端与T1n的集电极相连，另一端与D3n的阳极；R2n与D2n并联；D2n的阳极、阴极分别与节点S2、T1的集电极相连；D3n的阴极与S1相连。其中T1n、D1n、R1n...

【专利技术属性】
技术研发人员：王渝红，刘程卓，龚鸿，王媛，阳莉汶，邹朋，陈阳，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51