一种无源型半控混合式直流断路器及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种无源型半控混合式直流断路器及其控制方法，直流断路器包括快速机械开关K、谐振模块、用于吸收故障电流的耗能支路、晶闸管T1和晶闸管T2；晶闸管T1和晶闸管T2反并联后与谐振模块串联构成转移支路；转移支路、耗能支路与快速机械开关K并联；晶闸管T1的集电极连接快速机械开关K；本发明专利技术大大降低了损耗，且减小了体积，降低了成本，提高了可靠性；本发明专利技术能够实现直流电流的双向且快速开断，运行损耗低，主通流支路仅由快速机械开关构成，不需要配置水冷系统，具备强过载能力，开断电流可达到数十kA，满足直流输配电系统应用需求。本发明专利技术不需要配备高压隔离辅助电源，简化了设备结构，提高了可靠性，有效降低了设备占地面积。

A passive half control Hybrid DC circuit breaker and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种无源型半控混合式直流断路器及其控制方法
本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种无源型半控混合式直流断路器及其控制方法。
技术介绍
风光等大规模清洁能源并网与消纳对直流输配电系统发展提出了需求，高压直流断路器是直流系统可靠、经济与灵活运行的关键设备。混合采用机械开关和电力电子器件的直流断路器兼具了机械开关的低损耗特性和电力电子器件的快速分断特性，是目前应用直流系统中实现电流快速开断最为有效的技术途径。目前混合式直流断路器普遍采用全控器件，开断电流受限于全控器件开断电流能力，且成本相对高昂，限制了其在弱阻尼直流输配电系统广泛推广应用。现有技术中基于晶闸管的混合式直流断路器虽然能够显著提升直流断路器开断电流能力，但是晶闸管无法自关断，实现直流断路器内部电流转移需要依靠预储能的电容、电抗等无源元件实现。通过供能系统对电容预充电方式能够实现直流断路器内部电流转移，但是直流断路器的损耗和成本高，体积大，且直流断路器的整体可靠性低。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中损耗高、体积大、成本高以及整体可靠性低的不足，本专利技术提供一种无源型半控混合式直流断路器及其控制方法，直流断路器快速机械开关K、谐振模块、用于吸收故障电流的耗能支路、晶闸管T1和晶闸管T2；所述快速机械开关K两端分别连接直流线路，构成主通流支路；所述晶闸管T1和晶闸管T2反并联后与谐振模块串联构成转移支路；所述转移支路、耗能支路与主通流支路并联；且所述晶闸管T1的集电极连接快速机械开关K，大大降低了损耗，且减小了体积，降低了成本，提高了整体可靠性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：一方面，本专利技术提供一种无源型半控混合式直流断路器，包括快速机械开关K、谐振模块、用于吸收故障电流的耗能支路、晶闸管T1和晶闸管T2；所述快速机械开关K两端分别连接直流线路，构成主通流支路；所述晶闸管T1和晶闸管T2反并联后与谐振模块串联构成转移支路；所述转移支路、耗能支路与主通流支路并联；且所述晶闸管T1的集电极连接快速机械开关K。所述谐振模块包括电容C和电感L；所述电容C、电感L和晶闸管T1/晶闸管T2依次串联。所述转移支路还包括电阻R；所述电阻R一端连接到电感L与晶闸管T1/晶闸管T2之间，另一端接地。所述耗能支路包括一个或多个串联的避雷器。另一方面，本专利技术提供一种无源型半控混合式直流断路器的控制方法，包括：当直流断路器投入运行时，控制快速机械开关K合闸，直流线路正常工作电流流过所述主通流支路；当直流断路器线路侧发生故障时，控制快速机械开关K分闸，然后依次触发晶闸管T2和晶闸管T1，之后耗能支路吸收故障电流；；当直流断路器电源侧发生故障时，控制快速机械开关K分闸，触发晶闸管T2，之后耗能支路吸收故障电流。所述当直流断路器投入运行时，控制快速机械开关K闭合，直流线路正常工作电流流过所述主通流支路之前，包括：对电容C进行充电，晶闸管T1和晶闸管T2均闭锁。当直流断路器线路侧发生故障时，控制快速机械开关K分闸，然后依次触发晶闸管T2和晶闸管T1，之后耗能支路吸收故障电流，包括：当所述直流断路器收到开断命令或达到过流保护定值时，控制快速机械开关K分闸；触发所述晶闸管T2，使所述电容C放电；所述电容C振荡反向后，触发所述晶闸管T1，对所述电容C进行充电；当所述电容C的电压达到耗能支路的动作电压，耗能支路吸收故障电流。当直流断路器电源侧发生故障时，控制快速机械开关K分闸，触发晶闸管T2，之后耗能支路吸收故障电流，包括：当所述直流断路器收到开断命令或达到过流保护定值时，控制所述速机械开关K分闸；触发所述晶闸管T2，使所述电容C放电；快速机械开关K电流分断后，对所述电容C进行充电；当所述电容C的电压达到耗能支路的动作电压，耗能支路吸收故障电流。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有以下有益效果：本专利技术提供的无源型半控混合式直流断路器包括快速机械开关K、谐振模块、用于吸收故障电流的耗能支路、晶闸管T1和晶闸管T2；所述快速机械开关K两端分别连接直流线路，构成主通流支路；所述晶闸管T1和晶闸管T2反并联后与谐振模块串联构成转移支路；所述转移支路、耗能支路与主通流支路并联；且所述晶闸管T1的集电极连接快速机械开关K，大大降低了损耗，且减小了体积，降低了成本，提高了整体可靠性；本专利技术提供的直流断路器能够实现直流电流的双向且快速开断，运行损耗低，主通流支路仅由快速机械开关构成，直流断路器拓扑通态损耗可忽略不计，且不需要配置水冷系统，具备强过载能力，开断电流可达到数十kA，满足直流输配电系统应用需求；本专利技术提供的直流断路器设计和集成难度小，主要采用半控型电力电子器件，技术成熟，成本较低，可显著提升直流断路器经济性；本专利技术不需要配备高压隔离辅助电源，简化了设备结构，提高了可靠性，有效降低了设备占地面积。附图说明图1是本专利技术实施例中无源型半控混合式直流断路器拓扑结构图；图2是本专利技术实施例中直流断路器投入运行时快速机械开关K未合闸示意图；图3是本专利技术实施例中直流断路器投入运行时快速机械开关K合闸示意图；图4是本专利技术实施例中线路侧发生故障时快速机械开关K分闸示意图；图5是本专利技术实施例中线路侧发生故障时电容放电示意图；图6是本专利技术实施例中线路侧发生故障时电容振荡反向后触发晶闸管示意图；图7是本专利技术实施例中线路侧发生故障时电容充电示意图；图8是本专利技术实施例中线路侧发生故障时耗能支路吸收故障电流示意图；图9是本专利技术实施例中电源侧发生故障时快速机械开关K分闸示意图；图10是本专利技术实施例中电源侧发生故障时电容放电示意图；图11是本专利技术实施例中电源侧发生故障时电容充电示意图；图12是本专利技术实施例中电源侧发生故障时耗能支路吸收故障电流示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术实施例提供了一种无源型半控混合式直流断路器，设于直流线路上，具体拓扑结构如图1所示，包括快速机械开关K、谐振模块、用于吸收故障电流的耗能支路、晶闸管T1和晶闸管T2；快速机械开关K两端分别连接直流线路，构成主通流支路；晶闸管T1和晶闸管T2反并联后与谐振模块串联构成转移支路；转移支路、耗能支路与主通流支路并联；且晶闸管T1的集电极连接快速机械开关K。谐振模块包括电容C和电感L；所述电容C、电感L和晶闸管T1/晶闸管T2依次串联。转移支路还包括电阻R；电阻R一端连接到电感L与晶闸管T1/晶闸管T2之间，另一端接地。由于晶闸管T1和晶闸管T2反并联，所以晶闸管T1的集电极连接快速机械开关K时，晶闸管T2的发射极连接快速机械开关K。耗能支路包括一个或多个串联的避雷器。...

【技术保护点】
1.一种无源型半控混合式直流断路器，其特征在于，其包括：快速机械开关K、谐振模块、用于吸收故障电流的耗能支路、晶闸管T1和晶闸管T2；/n所述快速机械开关K两端分别连接直流线路，构成主通流支路；/n所述晶闸管T1和晶闸管T2反并联后与谐振模块串联构成转移支路；/n所述转移支路、耗能支路与主通流支路并联；/n且所述晶闸管T1的集电极连接快速机械开关K。/n

【技术特征摘要】
1.一种无源型半控混合式直流断路器，其特征在于，其包括：快速机械开关K、谐振模块、用于吸收故障电流的耗能支路、晶闸管T1和晶闸管T2；
所述快速机械开关K两端分别连接直流线路，构成主通流支路；
所述晶闸管T1和晶闸管T2反并联后与谐振模块串联构成转移支路；
所述转移支路、耗能支路与主通流支路并联；
且所述晶闸管T1的集电极连接快速机械开关K。


2.根据权利要求1所述的无源型半控混合式直流断路器，其特征在于，所述谐振模块包括电容C和电感L；
所述电容C、电感L和晶闸管T1/晶闸管T2依次串联。


3.根据权利要求2所述的无源型半控混合式直流断路器，其特征在于，所述转移支路还包括电阻R；所述电阻R一端连接到电感L与晶闸管T1/晶闸管T2之间，另一端接地。


4.根据权利要求1所述的无源型半控混合式直流断路器，其特征在于，所述耗能支路包括一个或多个串联的避雷器。


5.一种无源型半控混合式直流断路器的控制方法，其特征在于，包括：
当直流断路器投入运行时，控制快速机械开关K合闸，直流线路正常工作电流流过所述主通流支路；
当直流断路器线路侧发生故障时，控制快速机械开关K分闸，然后依次触发晶闸管T2和晶闸管T1，之后耗能支路吸收故障电流；
当直流断路器电源侧发生故障时，控制快速机械开关K分闸，触发晶闸管T2...

【专利技术属性】
技术研发人员：周万迪，魏晓光，李弸智，高冲，郭亮，张升，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11