一种分裂电抗型直流限流断路器制造技术

一种分裂电抗型直流限流断路器，包括限流单元和第一类开关、第二类开关和第三类开关。其中，限流单元或是非耦合电感、或是非耦合超导电感，或是同名端耦合电感，或是同名端耦合超导电感，或是异名端耦合超导电感。在故障限流过程中，通过第一类开关、第二类开关和第三类开关实现了电感由并联结构向串联结构的转变，从而产生了较大的限流电阻和电感，有效限制了故障电流，提升了限流器的限流能力。

【技术实现步骤摘要】
一种分裂电抗型直流限流断路器
本专利技术涉及一种分裂电抗型直流限流断路器，特别涉及一种柔性直流电网的高压直流限流断路器。
技术介绍
随着风电、太阳能等新能源的开发与应用，基于电压源型换流器的多端柔性直流输电技术在直流输电领域占据越来越重要的位置。风能、太阳能发电等新能源接入电网的最大障碍是其间歇性和不确定性，而柔性直流输电技术可以有效地控制电能，隔离电网故障的扩散，而且还能根据电网需求，快速、灵活、可调地发出或者吸收一部分能量，从而优化电网的潮流分布、增强电网稳定性、提升电网的智能化和可控性。多端柔性直流电网的直流侧线路上一旦发生短路故障，相当于换流器直流侧的电容直接放电，其短路电流会在几个毫秒到达峰值，最大值一般有几千安到几十千安。较大的电流上升率将带来热量集中、电弧火花、电磁应力等问题，同时，因为换流器一般采用IGBT或IGCT器件，其反并联二极管会形成不控整流桥，所以单纯控制换流器无法切断故障电流，短路电流甚至会损坏换流站。直流短路电流没有过零点，且其峰值和上升速率都要远远高于交流电网，因此，给直流短路故障断开提出了更高的要求。故障电流的开断还受到直流断路器等技术发展的制约。文献“直流断路器技术发展综述”(南方电网技术，2015年02期)给机械断路器增加并联谐振电路实现和吸能支路，实现直流开断。但是，存在开断和灭弧时间较长的问题。如果采用给并联谐振电路预充电的方式来提高断路器的灭弧速度，不但实现难度大，而且开断速度也难以满足直流电网的需求。国网智能电网研究院以舟山五端直流网络的仿真结果为例，得出高压直流断路器需分断15KA的电流(柔性直流输电网用新型高压直流断路器设计方案，电力系统自动化,2013,37(15):95-102.)，ABB于2012年完成的320KV/2KA的混合型高压直流断路器(TheHybridHVDCBreakerAninnovationbreakthroughenablingreliableHVDCgrids.ABBGridSystems,TechnicalPaperNov’2012)，可分断9KA的故障电流，但因造价太高而未投入商用，并且增加开断容量只能依赖更多IGBT单元的串并联，这会大幅度增加断路器成本，降低可靠性。总之，短路故障电流开断问题成为柔性直流输电网发展的一个瓶颈。
技术实现思路
为了克服已有技术的不足，本专利技术提出一种用于柔性直流电网的直流限流断路器，本专利技术结构简单、成本低，能够有效限制直流电网故障电流。本专利技术采用的技术方案为：本专利技术分裂电抗型直流限流断路器包括n个限流单元U1、U2、……、Un和n个第三类开关W1、W2、……、Wn-1，两个限流单元之间串联一个第三类开关，n＝1，2，……，n。其中，限流单元U1由第一类开关S11、S12、S13和S14、第二类开关K1和限流器件M1组成，限流器件M1由电感L11和电感L12组成；限流单元U2由第一类开关S21、S22、S23和S24、第二类开关K2和限流器件M2组成，限流器件M2由电感L21和电感L22组成；依次类推，限流单元Un由第一类开关Sn1、Sn2、Sn3和Sn4、第二类开关Kn和限流器件Mn组成，限流器件Mn由电感Ln1和电感Ln2组成，n＝1，2，……，n。限流单元U1中，所述的第一类开关S11、电感L11和第一类开关S12依次串联形成串联支路，第一类开关S13、电感L12和第一类开关S14依次串联形成串联支路，两个串联支路并联在连接点A和B之间。第二类开关K1的一端连接在电感L11和第一类开关S12的连接点上，第二类开关K1的另一端连接在第一类开关S13和电感L12的连接点上，组成限流单元U1；第一类开关S21、电感L21和第一类开关S22依次串联形成串联支路，第一类开关S23、电感L22和第一类开关S24依次串联形成串联支路，两个串联支路并联在连接点A和B之间，第二类开关K2的一端连接在电感L21和第一类开关S22的连接点上，第二类开关K2的另一端连接在第一类开关S23和电感L22的连接点上，组成限流单元U2；依次类推，第一类开关Sn1、电感Ln1和第一类开关Sn2依次串联形成串联支路，第一类开关Sn3、电感Ln2和第一类开关Sn4依次串联形成串联支路，两个串联支路并联在连接点A和B之间，第二类开关Kn的一端连接在电感Ln1和第一类开关Sn2的连接点上，第二类开关Kn的另一端连接在第一类开关Sn3和电感Ln2的连接点上，组成限流单元Un。第三类开关W1的一端连接在限流单元U1的电感L12和第一类开关S14的连接点，第三类开关W1的另一端连接限流单元U2的第一类开关S21和电感L21的连接点；第三类开关Wn-1的一端连接限流单元Un的第一类开关Sn1和电感Ln1的连接点上，n＝1，2，……，n。本专利技术的主要优点：1.本专利技术通过限流器件与第一类、第二类和第三类开关相配合，实现了对柔性直流电网的直流侧短路故障电流的有效限制和快速开断；2.本专利技术的分裂电抗型直流限流断路器实现了限流器件在稳态时并联运行，减小了直流限流断路器运行损耗，减小了其对电网的影响；3.本专利技术的分裂电抗型直流限流断路器，在故障限流过程中，通过第一类、第二类和第三类开关实现了电感由并联结构向串联结构的转变，从而产生了较大的限流电阻和电感，有效限制了故障电流，提升了限流器的限流能力。4.本专利技术的分裂电抗型直流限流断路器，其限流单元采用两个耦合或非耦合、常规或超导电感结构，克服了已有无感线圈端电压较低的缺点，有利于实现输电级柔性直流电网的故障限流和快速开断。附图说明图1为本专利技术具体实施例1的原理图；图2为限流器件的同名端耦合电感电路原理图；图3为限流器件的异名端耦合电感电路原理图；图4为本专利技术IGBT开关管反向串联结构图；图5为本专利技术IGBT开关管与二极管串联结构图；图6为本专利技术晶闸管串联结构图；图7为本专利技术具体实施例2的原理图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。图1所示为本专利技术的实施例1用于柔性直流电网的分裂电抗型直流限流断路器。该分裂电抗型直流限流断路器包括多个限流单元U1、U2、……、Un和多个第三类开关W1、W2、……、Wn-1。其中，限流单元U1由第一类开关S11、S12、S13和S14、第二类开关K1和限流器件M1组成，限流器件M1由电感L11和电感L12组成；限流单元U2由第一类开关S21、S22、S23和S24、第二类开关K2和限流器件M2组成，限流器件M2由电感L21和电感L22组成；依次类推，限流单元Un由第一类开关Sn1、Sn2、Sn3和Sn4、第二类开关Kn和限流器件Mn组成，限流器件Mn由电感Ln1和电感Ln2组成。n＝1，2，……，n。所述的第一类开关S11、电感L11和第一类开关S12依次串联形成串联支路，第一类开关S13、电感L12和第一类开关S14依次串联形成串联支路，两个串联支路并联在连接点A和B之间。第二类开关K1的一端连接在电感L11和第一类开关S12的连接点，第二类开关K1的另一端连接在第一类开关S13和电感L12的连接点上，组成限流单元U1；第一类开关S21、电感L21和第一类开关S22依次串联形成串联支路，第一类开关S23、电感L22和第一类开关S24依次串本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分裂电抗型直流限流断路器，其特征在于，所述的分裂电抗型直流限流断路器包括n个限流单元U1、U2、……、Un和n个第三类开关W1、W2、……、Wn‑1，两个限流单元之间串联一个第三类开关，n＝1，2，……，n。

【技术特征摘要】
1.一种分裂电抗型直流限流断路器，其特征在于，所述的分裂电抗型直流限流断路器包括n个限流单元U1、U2、……、Un和n个第三类开关W1、W2、……、Wn-1，两个限流单元之间串联一个第三类开关，n＝1，2，……，n。2.按照权利要求1所述的分裂电抗型直流限流断路器，其特征在于，限流单元U1由第一类开关S11、S12、S13、S14、第二类开关K1和限流器件M1组成，限流器件M1由电感L11和电感L12组成；限流单元U2由第一类开关S21、S22、S23、S24、第二类开关K2和限流器件M2组成，限流器件M2由电感L21和电感L22组成；依次类推，限流单元Un由第一类开关Sn1、Sn2、Sn3、Sn4、第二类开关Kn和限流器件Mn组成，限流器件Mn由电感Ln1和电感Ln2组成；n＝1，2，……，n；限流单元U1中，所述的第一类开关S11、电感L11和第一类开关S12依次串联形成串联支路，第一类开关S13、电感L12和第一类开关S14依次串联形成串联支路，两个串联支路并联在连接点A和B之间；第二类开关K1的一端连接在电感L11和第一类开关S12的连接点上，第二类开关K1的另一端连接在第一类开关S13和电感L12的连接点上，组成限流单元U1；第一类开关S21、电感L21和第一类开关S22依次串联形成串联支路，第一类开关S23、电感L22和第一类开关S24依次串联形成串联支路，两个串联支路并联在连接点A和B之间，第二类开关K2的一端连接在电感L21和第一类开关S22的连接点上，第二类开关K2的另一端连接在第一类开关S23和电感L22的连接点上，组成限流单元U2；依次类推，第一类开关Sn1、电感Ln1和第一类开关Sn2依次串联形成串联支路，第一类开关Sn3、电感Ln2和第一类开关Sn4依次串联形成串联支路，两个串联支路并联在连接点A和B之间，第二类开关Kn的一端连接在电感Ln1和第一类开关Sn2的连接点上，第二类开关Kn的另一端连接在第一类开关Sn3和电感Ln2的连接点上，组成限流单元Un；第三类开关W1的一端连接在限流单元U1的电感L12和第一类开关S14的连接点，第三类开关W1的另一端连接限流单元U2的第一类开关S21和电感L21的连接点；第三类开关Wn-1的一端连接限流单元Un的第一类开关Sn1和电感Ln1的连接点上。3.按照权利要求2所述的分裂电抗型直流限流断路器，其特征在于，所述的限流器件M1的电感L11和电感L12、限流器件M2的电感L21和电感L22、……、及限流器件Mn的电感Ln1和电感Ln2，或是非耦合电感，或是非耦合超导电感，或是同名端耦合电感，或是同名端耦合超导电感，或是异名端耦合超导电感；n＝1，2，……，n。4.按照权利要求3所述的分裂电抗型直流限流断路器，其特征在于，由同名端耦合电感或同名端耦合超导电感组成的限流器件Mn中，电感Ln1的端口1和电感Ln2的端口3为一对同名端，电感Ln1的端口2和电感Ln2的端口4为一对同名端；电感Ln1和电感Ln2的结构和匝数相同，当电流分别从电感Ln1的端口1和电感Ln2的端口3流入时，电感Ln1和电感Ln2的磁通方向相同；n＝1，2，……，n。5.按照权利要求3所述的分裂电抗型直流限流断路器，其特征在于，由异名端耦合超导电感组成的限流器件Mn中，电感Ln1的端口1和电感Ln2的端口4为一对同名端，电感Ln1的端口2和电感Ln2的端口3为一对同名端，电感Ln1和电感Ln2的结构和匝数相同，均为超导线圈，当电流分别从电感Ln1的端口1和电感Ln2的端口3流入时，电感Ln1和电感Ln2的磁通方向相反，磁通相互抵消；n＝1，2，……，n。6.按照权利要求1-5的任一项所述的分裂电抗型直流限流断路器，其特征在于，电网稳态时，所述的分裂电抗型直流限流断路器中，第一类开关S11、S12、……、S14、S21、S22、……、S24、……、Sn1、Sn2、……、Sn4均处于导通状态，第二类开关K1、K2、……、Kn均处于关断状态，第三类开关W1、W2、……、Wn-1均处于关断状态，从而形成了2n个电流通路，即电流通过第一类开关S11、电感L11和第一类开关S12形成的串联支路而导通，电流通过第一类开关S13、电感L12和第一类开关S14形成的串联支路而导通，电流通过第一类开关S21、电感L21和第一类开关S22形成的串联支路而导通，电流通过第一类开关S23、电感L22和第一类开关S24形成的串联...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志丰，王浩男，邱清泉，肖立业，张国民，许熙，靖立伟，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11