直流分断装置及直流分断方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种直流分断装置及直流分断方法。所述直流分断装置包括：主支路，所述主支路包括开关模块，用于控制所述主支路的导通与断开；耗能支路，其与所述主支路并联，所述耗能支路包括耗能模块，所述耗能模块用于限制主支路两端的电压；以及转移支路，其与所述主支路和所述耗能支路相互并联，所述转移支路包括串联的电容器模块、电流感应模块和开断加速模块，其中，所述电容器模块用于产生电压触发导通所述耗能支路，实现电流的转移；所述电流感应模块用于感应产生转移支路电流；所述开断加速模块响应所述转移支路电流与第一电流门槛值比较结果，处于不同的导通状态。本发明专利技术公开的直流分断装置及直流分断方法，根据转移支路的电流值大小，使得开断加速模块处于不同的导通状态，可实现全电流范围内高速分断，尤其能够显著提升小电流开断速度。同时开断加速模块可在较小电流下分断，不需要关断较大的故障电流，设备成本低，可靠性高。

DC Interrupting Device and DC Interrupting Method

【技术实现步骤摘要】
直流分断装置及直流分断方法
本专利技术属于高压电力电子领域，更为具体地涉及一种直流分断装置及直流分断方法。
技术介绍
在多端高压直流输电系统中，直流分断装置是至关重要的设备之一。多端高压直流输电系统由于电压等级高、线路阻抗小，一旦发生线路短路故障，将很快影响到直流输电网络和交流网络，必须迅速切除故障。因此，直流分断装置需要动作速度快，能够最大限度地减小故障持续时间或抑制故障电流，减小故障对交/直流输电网络的冲击。另外，随着中低压直流配电网的发展，直流负荷多种多样，直流分断装置能够实现负荷的带电投入和退出，使得直流配电网像传统交流配电网一样方便运行。但是，由于负荷电流远小于系统短路电流，现有的直流分断装置所采用的技术路线都不能很好实现全电流范围内的快速开断。加之直流配电网系统成本压力大，迫切需要一种成本低、可靠性高的全电流范围内直流断路器。在现有技术的一些解决方案中，主通流支路通过快速机械开关和主支路阀组进行串联构成，通过闭锁主通流支路阀组实现电流转移，最终通过闭锁转移支路实现电流开断。这种技术路线基本上可以实现全电流快速开断，但是成本过高，加之主通流支路存在半导体器件，可靠性不高。现有技术的另一些解决方案采用机械式技术路线，利用磁耦合方式实现电流转移。这种技术路线无法兼顾不同电流下的快速分断，尤其是电流较小情况下的电流分断，同时断路器分断后还会与系统产生震荡，不能满足多端柔直系统的快速分断和重合。因此，需要一种直流分断装置，其能够实现全电流范围内、尤其是电流较小情况下的快速分断，同时具有低实现成本和高可靠性。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术拟提出一种新型直流分断装置及直流分断方法，旨在解决不同电流下的快速分断的技术问题。根据本专利技术的一个方面，提供一种直流分断装置，包括主支路，所述主支路包括开关模块，用于控制所述主支路的导通与断开；耗能支路，其与所述主支路并联，所述耗能支路包括耗能模块，所述耗能模块用于限制主支路两端的电压；以及转移支路，其与所述主支路和所述耗能支路相互并联，所述转移支路包括串联的电容器模块、电流感应模块和开断加速模块，其中，所述电容器模块用于产生电压触发导通耗能支路，实现电流的转移；所述电流感应模块用于感应产生转移支路电流；所述开断加速模块响应所述转移支路电流与第一电流门槛值比较结果，处于不同的导通状态。根据本专利技术的另一个方面，提供一种利用上述直流分断装置实施直流分断的方法，其包括：控制开关模块在电路故障情况下根据分断指令进行分断操作；控制电流感应模块感应产生转移支路电流，使得主支路电流向转移支路转移；根据所述转移支路电流与第一电流门槛值的比较结果，控制所述开断加速模块处于不同的导通状态。根据本专利技术公开的直流分断装置及利用其实施的直流分断的方法，根据转移支路的电流值大小，使得开断加速模块处于不同的导通状态，可实现全电流范围内高速分断，尤其能够显著提升小电流开断速度。同时开断加速模块可在较小电流下分断，不需要关断较大的故障电流，设备成本低，可靠性高。附图说明为进一步清楚解释本专利技术的特征及
技术实现思路
，请参阅以下有关本专利技术的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本专利技术加以限制。在下面的附图中：图1是根据本专利技术实施例的直流分断装置的示意图。图2是根据本专利技术实施例的直流分断装置的一种具体结构示意图。图3是根据本专利技术实施例的辅助开关单元的一种结构示意图。图4是根据本专利技术实施例的辅助开关单元的另一种结构示意图。图5是根据本专利技术实施例的辅助开关单元的又一种结构示意图。图6是根据本专利技术实施例的正常情况下电流流过主支路的示意图。图7是根据本专利技术实施例的主支路电流向转移支路转移的示意图，其中，开断加速模块处于第一导通状态。图8是根据本专利技术实施例的转移支路中电流流动方向的示意图，其中，开断加速模块处于第二导通状态。图9是根据本专利技术实施例的电流流经第一非线性电阻的示意图。图10是根据本专利技术实施例的利用直流分断装置实施直流分断的方法的流程图。附图标记说明：1-第一机械开关2-电流互感器L0-电流互感器2的原边L1-电流互感器2的副边A1-储能元件B1-触发回路3-第一电容器4-第二电容器5-辅助开关单元6-第一非线性电阻7-第二非线性电阻Qn-IGBT半导体器件(n＝1,2,…)D1,D2,D3,d4-二极管具体实施方式以下通过特定的具体实施例来说明本专利技术所公开的直流分断装置及其控制方法的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本专利技术的优点与效果。本专利技术可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本专利技术的构思下进行各种修改与变更。另外，本专利技术的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘。以下的实施方式将进一步详细说明本专利技术的相关
技术实现思路
，但所公开的内容并非用以限制本专利技术的保护范围。在本专利技术的实施例中，通过一种直流分断装置及利用该直流分断装置实施直流分断的方法，根据转移支路的电流值大小，使得开断加速模块处于不同的导通状态，可实现全电流范围内高速分断，尤其能够显著提升小电流开断速度。同时开断加速模块可在较小电流下分断，不需要关断较大的故障电流，设备成本低，可靠性高。图1是根据本专利技术实施例的直流分断装置的示意图。如图1所示，该直流分断装置包括主支路、耗能支路和转移支路，这三个支路相互并联。其中，主支路包括开关模块，耗能支路包括耗能模块，转移支路包括串联的电容器模块、电流感应模块和开断加速模块。在上述实施例中，开关模块用于控制主支路的导通与断开。开关模块的具体形式包括但不限于机械开关。耗能模块，或又可被称为限压模块，其通过消耗过多的能量，并限制主支路和转移支路两端的电压。当主支路和转移支路两端的电压大于某一限定值时，例如15kV，耗能模块会限制电压的上升，防止过压对电路造成损坏。耗能模块包括但不限于非线性电阻。电流转移到转移支路后，就会给电容器模块充电，当电容器模块上的电压大于一个阈值时，转移支路上的电流会转移到耗能支路，从而分断直流分断装置。电流感应模块用于在主支路断开或故障时，响应控制信号感应产生转移支路电流。开断加速模块能够被用来实现全电流范围内，尤其是小电流情况下的高速分断，显著提升小电流开断速度。电流感应模块的具体结构已经工作原理将在下文中进行详细描述。图2是根据本专利技术实施例的直流分断装置的一种具体结构示意图。如图2所示，图1的开关模块包括一种机械开关装置1，图1的耗能模块包括第一非线性电阻6，图1的电容器模块包括第一电容器3，电流感应模块包括电流互感器2、储能元件A1和触发回路B1，其中，第一电容器3与电流互感器2串联，电流互感器2由原边L0和副边L1组成，原边L0与储能元件A1和触发回路B1串联。电流互感器2的原边L0和副边L1线圈之间具备绝缘隔离能力。副边L1与开断加速模块串联。触发回路B1包括功率半导体、快速机械开关中的一个或者多个串并联或者由功率半导体、快速机械开关构成的桥式回路，实现流过双向电流。图1的开断加速模块在图2中具体包括第二电容器4、辅助开关单元5以及可选地包括第二非线性电阻7，其中，第二电容器4与辅助开关单元5连接后和第二非线性电阻7并联。需要注意的是，图2所示的第二电容器4与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流分断装置，包括：主支路，所述主支路包括开关模块，用于控制所述主支路的导通与断开；耗能支路，其与所述主支路并联，所述耗能支路包括耗能模块，所述耗能模块用于限制主支路两端的电压；以及转移支路，其与所述主支路和所述耗能支路相互并联，所述转移支路包括串联的电容器模块、电流感应模块和开断加速模块，其中，所述电容器模块用于产生电压触发导通所述耗能支路，实现电流的转移；所述电流感应模块用于感应产生转移支路电流；所述开断加速模块响应所述转移支路电流与第一电流门槛值的比较结果，处于不同的导通状态。

【技术特征摘要】
1.一种直流分断装置，包括：主支路，所述主支路包括开关模块，用于控制所述主支路的导通与断开；耗能支路，其与所述主支路并联，所述耗能支路包括耗能模块，所述耗能模块用于限制主支路两端的电压；以及转移支路，其与所述主支路和所述耗能支路相互并联，所述转移支路包括串联的电容器模块、电流感应模块和开断加速模块，其中，所述电容器模块用于产生电压触发导通所述耗能支路，实现电流的转移；所述电流感应模块用于感应产生转移支路电流；所述开断加速模块响应所述转移支路电流与第一电流门槛值的比较结果，处于不同的导通状态。2.如权利要求1所述的直流分断装置，其中，响应于所述转移支路电流大于第一电流门槛值的比较结果，所述开断加速模块处于第一导通状态；否则，所述开断加速模块处于第二导通状态。3.如权利要求2所述的直流分断装置，其中，所述开断加速模块包括相互连接的第二电容器和辅助开关单元。4.如权利要求3所述的直流分断装置，其中，在所述第一导通状态下，所述辅助开关单元导通，所述第二电容器不投入；在所述第二导通状态下，所述辅助开关单元闭锁，所述第二电容器投入。5.如权利要求3所述的直流分断装置，其中，所述辅助开关单元包括机械开关，所述第二电容器与所述机械开关并联。6.如权利要求3所述的直流分断装置，其中，所述辅助开关单元包括一个带有反并联二极管的IGBT半导体器件或两个以上串联的、带有反并联二极管的IGBT半导体器件，所述第二电容器与所述一个带有反并联二极管的IGBT半导体器件或所述两个以上串联的、带有反并联二极管的IGBT半导体器件并联。7.如权利要求3所述的直流分断装置，其中，所述辅助开关单元包括全桥回路，所述全桥回路包括二极管D1、D2、D3和D4以及一个带有反并联二极管的IGBT半导体器件或两个以上串联的、带有反并联二极管的IGBT半导体器件，其中，二极管D1的阳极和二极管D3的阴极相连，二极管D1和二极管D2反向串联，二极管D3和二极管D4反向串联，一个带有反并联二极管的IGBT半导体器件的两端或两个以上串联的、带有反并联二极管的IGBT半导体器件的两端连接在二极管D1和二极管D2的连接点和二极管D3和二极管D4的连接点之间，所述第二电容器与所述一个带有反并联二极管的IGBT半导体器件或所述两个以上串联的、带有反并联二极管的IGBT半导体器件并联。8.如权利要求1至7任意一者所述的直流分断装置，其中，所述电容器模块包括第一电容器，所述电流感应模块响应控制信号产生所述转移支路电流，所述电流感应模块包括电流互感器、储能元件和触...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨兵，方太勋，谢晔源，吕玮，石巍，孙超，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32