一种三端口混合式直流断路器制造技术

本发明专利技术涉及一种三端口混合式直流断路器，属于电力电子技术领域，主流通支路、转移支路和耗能支路，所述主流通支路与转移支路并联，主流通支路包括三个并联的分支路，每个分支路上串设有两组机械开关，每组机械开关包括至少一个机械开关，各个分支路的两组机械开关的串联点对应连接所述三端口混合式直流断路器的三个输出端。本发明专利技术的三端口混合式直流断路器，可向直流系统提供独立的三个断口，用于连接换流器和两条直流线路，相当于等效的三台传统单断口的混合式/机械式直流断路器的功能，节约设备成本约40％以上，大大降低了成本，还可减少直流断路器占地面积和使用数量、提高直流电网运行稳定性。

A three port hybrid DC circuit breaker

【技术实现步骤摘要】
一种三端口混合式直流断路器
本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种三端口混合式直流断路器。
技术介绍
目前，随着柔性直流输电技术的发展，基于柔性直流输电技术的中低压直流配网可有效解决分布式新能源并网所面临的瓶颈技术问题，而直流断路器作为直流配网的核心装备，是确保系统稳定安全可靠运行的核心关键设备。在交流系统中，电流在每个工频周期(20ms)内，有两次自然过零点，而直流系统中的直流电流由于无过零点，直流电流的分断难度远比交流电流的分断难度大。目前分断直流电流主要有两种直流断路器，一种是基于机械开关与电力电子开关为核心组件的混合式直流断路器，具有开断速度快、运行损耗小、控制灵活可靠等特点，是目前行业研究的主流，但成本昂贵；另一种是机械式直流断路器，成本相对较低，但分断时间远大于混合式直流断路器，无法满足直流配网运行稳定性较高的应用场合。典型的多端柔性直流换流站系统拓扑如图1所示，换流站与两条直流线路(直流线路A和B)相连，为提高系统运行稳定性，换流器与直流母线之间、直流母线与直流线路之间均配置直流断路器，需要因此总共需要三台直流断路器，若采用目前的混合式直流断路器，成本将大大提高；若采用机械式直流断路器，则分断时间慢，工作效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种三端口混合式直流断路器，用于解决现有技术需要三台直流断路器实现换流站与两条直流线路的连接导致的高成本问题。基于上述目的，一种三端口混合式直流断路器的技术方案如下：主流通支路、转移支路和耗能支路，所述主流通支路与转移支路并联，主流通支路包括三个并联的分支路，每个分支路上串设有两组机械开关，每组机械开关包括至少一个机械开关，各个分支路的两组机械开关的串联点对应连接所述三端口混合式直流断路器的三个输出端。上述技术方案的有益效果是：本专利技术的三端口混合式直流断路器，可向直流系统提供独立的三个断口，用于连接换流器和两条直流线路，相当于等效的三台传统单断口的混合式/机械式直流断路器的功能，节约设备成本约40％以上，大大降低了成本，还可减少直流断路器占地面积和使用数量、提高直流电网运行稳定性。为了实现主流通支路中的电流转移，具体的，转移支路中至少串设有一个阀单元，通过控制阀单元导通，使主流通支路中的电流转移至转移支路中。为了使分支路上的机械开关在分断过程中快速息弧，进一步，还包括通过耦合线圈与转移支路耦合的耦合负压电路，所述耦合线圈的副边电路串联在转移支路中，所述耦合线圈的原边电路串联在耦合负压电路中，用于在分断相应机械开关时产生谐振电流，通过耦合线圈将谐振电流耦合至转移支路，并与主流通支路中的电流叠加形成过零点，使相应的机械开关息弧分断。为了实现对转移支路中剩余电流的能量转移，所述耗能支路包括三个耗能分支路，所述耗能支路包括三个耗能分支路，所述三个输出端中每两端之间连接一个耗能分支路，每个耗能分支路中均设置有耗能器件。具体的，所述耗能器件为避雷器阀片组。可选的，一种耦合负压电路的实施方式为：包括串联形成回路的耦合线圈的原边、半导体开关、电容。另一种耦合负压电路的实施方式为：包括由第一半导体开关和第二半导体开关串联的第一支路，由第三半导体开关和第四半导体开关串联的第二支路，第一支路和第二支路均与谐振电容并联，耦合线圈的原边一端连接第一半导体开关的阴极和第二半导体开关的阳极，耦合线圈的原边另一端连接第三半导体开关的阴极和第四半导体开关的阳极。可选的，一种阀单元的实施方式为：阀单元为H桥模块，包括第一支路、第二支路，以及与第一支路和第二支路并联的电容和电阻，每个支路均由上桥臂和下桥臂构成，每个桥臂中串设有半导体开关。另一种阀单元的实施方式为：所述阀单元为全控型半导体开关，每个半导体开关并联有续流二极管。附图说明图1是现有技术中的多端柔性直流换流站系统拓扑图；图2是本专利技术实施例1的三端口混合式直流断路器拓扑图；图3-1是本专利技术实施例1转移支路中阀单元的一种结构拓扑图；图3-2是本专利技术实施例1转移支路中阀单元的另一种结构拓扑图；图3-3是本专利技术实施例1转移支路中阀单元的又一种结构拓扑图；图4是本专利技术实施例2的三端口混合式直流断路器拓扑图；图5是本专利技术实施例2的三端口混合式直流断路器的分断逻辑控制时序图；图6是本专利技术实施例2的另一种耦合负压电路图；图7是本专利技术实施例3转移支路中阀单元的结构拓扑图；上述图中的标号说明如下：01为主流通支路，02为转移支路，03为耗能支路，04为分支路，05为耦合负压电路，06为电力电子阀串，07为耦合线圈，08为半导体开关，09为谐振电容，10为电力电子组件，11为避雷器阀片组。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。实施例1：如图2所示的三端口混合式直流断路器，三端口中的一个端口用于连接换流器，另两个端口用于连接直流线路A和B，直流断路器的拓扑包括：主流通支路(01)、转移支路(02)和耗能支路(03)三部分。主流通支路(01)包括三个并联的分支路(04)，每个分支路上串设有第一机械开关(K1p,K2p,K3p)和第二机械开关(K1n,K2n,K3n)。上述三端口与三个分支路对应连接，每个端口连接对应分支路的第一组机械开关(K1p,K2p,K3p)和第二组机械开关(K1n,K2n,K3n)，相应的端口与直流线路A、B或换流器相连。该主流通支路在正常运行工况下，其所有机械开关均处于合闸状态，用于提供电流的通路。转移支路(02)串设有若干个阀单元SM，串设的阀单元构成阀串，其中每个阀单元SM包括若干电力电子器件，以特定拓扑结构形成，例如每个阀单元SM是H桥模块，具体如图3-1所示的拓扑结构，包括第一支路、第二支路，以及与第一支路和第二支路并联的电容和电阻，每个支路均由上桥臂和下桥臂构成，每个桥臂中串设有半导体开关；这种结构组成的转移支路通过控制IGBT的通断，实现主流通支路中的强迫换流。作为其他实施方式，阀单元SM还可以如图3-2所示的拓扑结构，为全控型半导体开关，每个半导体开关并联有续流二极管。需要说明的是，阀单元的拓扑结构属于现有技术，本专利技术适用于各种形式的阀单元，例如图3-3的阀单元还可以去掉电阻和电容。耗能支路(03)包括三个耗能分支路，所述三端口中每两个端口之间连接一个耗能分支路，每个耗能分支路中均由多组避雷器阀片组(11)组成，其中一组避雷器阀片组(11)连接于直流线路A与直流线路B之间，另两组避雷器阀片组(11)连接于直流线路A/B与换流器的极线之间。上述耗能支路(03)在直流断路器分断过程中，转移支路(2)中的电力电子阀串(06)关断电流后，在电力电子阀串(06)端间建立暂态电压，当电压达到一定数值后，利用耗能支路(03)的阻抗特性泄放系统残余能量。上述三端口混合式直流断路器的控制原理如下：在稳态运行阶段，控制主流通支路的所有机械开关单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三端口混合式直流断路器，包括主流通支路、转移支路和耗能支路，所述主流通支路与转移支路并联，其特征在于，主流通支路包括三个并联的分支路，每个分支路上串设有两组机械开关，每组机械开关包括至少一个机械开关，各个分支路的两组机械开关的串联点对应连接所述三端口混合式直流断路器的三个输出端。/n

【技术特征摘要】
1.一种三端口混合式直流断路器，包括主流通支路、转移支路和耗能支路，所述主流通支路与转移支路并联，其特征在于，主流通支路包括三个并联的分支路，每个分支路上串设有两组机械开关，每组机械开关包括至少一个机械开关，各个分支路的两组机械开关的串联点对应连接所述三端口混合式直流断路器的三个输出端。


2.根据权利要求1所述的三端口混合式直流断路器，其特征在于，转移支路中至少串设有一个阀单元。


3.根据权利要求1所述的三端口混合式直流断路器，其特征在于，还包括通过耦合线圈与转移支路耦合的耦合负压电路，所述耦合线圈的副边电路串联在转移支路中，所述耦合线圈的原边电路串联在耦合负压电路中。


4.根据权利要求1所述的三端口混合式直流断路器，其特征在于，所述耗能支路包括三个耗能分支路，所述三个输出端中每两端之间连接一个耗能分支路，每个耗能分支路中均设置有耗能器件。


5.根据权利要求4所述的三端口混合式直流断路器，其特征在于，所述耗能器件为...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯健，张磊，程铁汉，张伟华，王钰强，许晶，赵冲，刘恒，
申请(专利权)人：北京平高清大科技发展有限公司，平高集团有限公司，国家电网有限公司，国网山东省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11