一种基于电容换流的固态式直流断路器制造技术

本发明专利技术属于直流断路器技术领域，提供了一种基于电容换流的固态式直流断路器，包括：并联连接的SCR单元，电容换流单元和吸能单元；SCR单元用于在故障时零电流下开断故障电流；电容换流单元用于在故障时为SCR单元提供电流过零点并辅助SCR单元关断；吸能单元用于当开断故障电流后吸收系统感性元件储能和限制过电压。本发明专利技术中可以显著减小避雷器的吸能压力和断路器开断压力。故障时由换流单元为SCR单元换流，主支路无需采用全控型半导体器件开断故障电流，显著降低了主支路开断器件的造价；由于断路器实现了故障电流的软关断，故障电流逐步减小至过零关断，因此系统感性元件储能大大减小，避雷器吸能压力降低。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电容换流的固态式直流断路器
本专利技术属于直流断路器
，更具体地，涉及一种基于电容换流的固态式直流断路器。
技术介绍
由于直流输电是解决绿色可再生能源接入电网的有效措施，且具有输电距离远、输电量大等优点，在世界各国得到了广泛的应用。由于直流输电网的直流侧阻抗小，当系统发生短路故障时，故障电流快速上升，如果不在短时间内切除故障，会导致换流侧交流断路器动作，换流阀组闭锁，影响整个系统的正常运行，极大地降低了输电系统的可靠性和灵活性。因此研制能快速切除故障电流、隔离故障点，保证系统的正常运行直流断路器十分必要。但是由于直流系统短路阻抗小，故障电流上升快，使得断路器开断压力大，且直流系统里面存在感性元件，当开断的故障电流过大时，感性元件储能大，存储的能量通过避雷器吸收导致避雷器吸能压力过大，增大了避雷器的制造难度，影响避雷器使用寿命。因此能实现系统故障电流过零关断的软关断技术十分必要，软关断技术不仅能降低断路器开断压力，还能有效降低系统感性元件储能，降低避雷器吸能压力。为了保护避雷器，减小断路器开断压力，提高系统的安全性，节省投资，开断能力强，避雷器吸能小的断路器研制尤为必要，该方案解决了高压直流断路器运行过程中的许多技术问题，对提高直流输电系统的可靠性和灵活性具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于电容换流的固态式直流断路器，旨在解决现有技术中由于开断大故障电流困难以及开断大故障电流导致避雷器吸能过高的技术问题。本专利技术提供了一种基于电容换流的固态式直流断路器，包括：并联连接的SCR单元，电容换流单元和吸能单元；SCR单元用于在故障时零电流下开断故障电流；电容换流单元用于在故障时为SCR单元提供电流过零点并辅助SCR单元关断；吸能单元用于当开断故障电流后吸收系统感性元件储能和限制过电压。更进一步地，低压电容换流单元包括：第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第三晶闸管T3、第四晶闸管T4、预充电电容C、换流电感L、第一避雷器MOV1和第一机械开关S0；第一晶闸管T1和第四晶闸管T4串联连接，第二晶闸管T2和第三晶闸管T3串联连接，第一避雷器MOV1和第一机械开关S0串联连接在第一晶闸管T1与第四晶闸管T4的串联连接端与第二晶闸管T2与第三晶闸管T3的串联连接端之间；预充电电容C和换流电感L串联连接在第一晶闸管T1与第四晶闸管T4的串联连接端与第二晶闸管T2与第三晶闸管T3的串联连接端之间；第一晶闸管T1的非串联端与第二晶闸管T2的非串联端共同作为电容换流单元的一端；第三晶闸管T3的非串联端与第四晶闸管T4的非串联端共同作为电容换流单元的另一端。其中，低压电容换流单元在系统正常运行时，第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第三晶闸管T3、第四晶闸管T4均处于关断状态，当系统发生短路故障时，触发导通T1、T3，由于预充电电容电压极性的设置，流向SCR单元的电流向晶闸管T1、T3所在的支路转移，使SCR单元能在电流过零时关断，换流过程中，预充电电容C和换流电感L振荡，为SCR关断提供足够的时间和电流过零点。SCR关断成功后，电源阀侧继续向预充电电容C充电，预充电电容C电压极性改变，流向预充电电容C的电流继续减小至零，晶闸管T1、T3自然关断，随后避雷器MOV动作吸收系统感性元件储存的能量并限制过电压，最后导通避雷器MOV1的控制第一机械开关S0，吸收预充电电容C储能并将预充电电容电压限制到指定值，为下一次重合闸做准备。更进一步地，高压电容换流单元包括：晶闸管T0、第二机械开关S1、第三机械开关S2、第四机械开关S3、第五机械开关S4、第一机械开关S0、预充电电容C、换流电感L和第一避雷器MOV1；第二机械开关S1和第五机械开关S4串联连接，第三机械开关S2和第四机械开关S3串联连接，第一避雷器MOV1和第一机械开关S0串联连接在第二机械开关S1与第五机械开关S4的串联连接端与第三机械开关S2与第四机械开关S3的串联连接端之间；预充电电容C和换流电感L串联连接在第二机械开关S1与第五机械开关S4的串联连接端与第三机械开关S2与第四机械开关S3的串联连接端之间；晶闸管T0的一端作为电容换流单元的一端，晶闸管T0的另一端与第二机械开关S1的非串联端和第三机械开关S2的非串联端共同连接；第四机械开关S3的非串联端与第五机械开关S4的非串联端共同作为电容换流单元的另一端。其中，高压电容换流单元在系统正常运行时，晶闸管T0、机械开关S2、S4、S均处于关断状态，机械开关S1、S3处于导通状态，当系统发生短路故障时，触发导通晶闸管T0，随后关断SCR单元，换流过程中，预充电电容C和换流电感L振荡，为SCR关断提供足够的时间和过零点。SCR关断成功后，电源阀侧继续向预充电电容充电，预充电电容电压极性改变，流向预充电电容C的电流继续减小至零，晶闸管T0自然关断，随后避雷器MOV动作吸收系统感性元件储存的能量并限制过电压，然后导通避雷器MOV1的控制开关S，吸收预充电电容C储能并将预充电电容电压限制到指定值，随后向机械开关S1、S3发出分闸指令，此时S1、S3在零电流零电压下分闸，最后再向机械开关S2、S4发出合闸指令，为系统重合闸做准备。更进一步地，电容换流单元包括：第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第三晶闸管T3、第四晶闸管T4、预充电电容C、换流电感L、第一避雷器MOV1、第一机械开关S0、第一反向晶闸管T11、第二反向晶闸管T22、第三反向晶闸管T33和第四反向晶闸管T44；第一晶闸管T1和第四晶闸管T4串联连接，第二晶闸管T2和第三晶闸管T3串联连接，第一避雷器MOV1和第一机械开关S0串联连接在第一晶闸管T1与第四晶闸管T4的串联连接端与第二晶闸管T2与第三晶闸管T3的串联连接端之间；预充电电容C和换流电感L串联连接在第一晶闸管T1与第四晶闸管T4的串联连接端与第二晶闸管T2与第三晶闸管T3的串联连接端之间；第一晶闸管T1的非串联端与第二晶闸管T2的非串联端共同作为电容换流单元的一端；第三晶闸管T3的非串联端与第四晶闸管T4的非串联端共同作为电容换流单元的另一端；第一反向晶闸管T11与第一晶闸管T1并联连接，第二反向晶闸管T22与第二晶闸管T2并联连接，第三反向晶闸管T33与第三晶闸管T3并联连接，第四反向晶闸管T44第四晶闸管T4并联连接。在本专利技术实施例中，由于电容换流单元中包括了预充电电容C，无需为预充电电容提供充电回路，因为电容换流单元运行一次，预充电电容C电压极性改变一次，由于电容换流单元的晶闸管存在对称结构，无论电容电压极性如何改变，均能为故障电流换流，因此预充电电容电压极性改变不会对断路器再次开断故障电流产生影响。在本专利技术实施例中，避雷器MOV用于吸收系统感性元件储能并限制过电压，第一避雷器MOV1用于故障后吸收预充电电容C的储能并将预充电电容电压限制为指定值，为断路器再次切断故障电流做准备。在本专利技术实施例中，当断路器成功切断故障电流后，只需将预充电电容C的电压限制到设定值，无需将预充电电容C电压的能量全部泄放，有效降低了预充本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电容换流的固态式直流断路器，其特征在于，包括：并联连接的SCR单元(1)，电容换流单元(2)和吸能单元(3)；/n所述SCR单元(1)用于在故障时在零电流下开断故障电流；/n所述电容换流单元(2)用于在故障时为SCR单元(1)提供电流过零点并辅助SCR单元(1)关断；/n所述吸能单元(3)用于当开断故障电流后吸收系统感性元件储能和限制过电压。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电容换流的固态式直流断路器，其特征在于，包括：并联连接的SCR单元(1)，电容换流单元(2)和吸能单元(3)；
所述SCR单元(1)用于在故障时在零电流下开断故障电流；
所述电容换流单元(2)用于在故障时为SCR单元(1)提供电流过零点并辅助SCR单元(1)关断；
所述吸能单元(3)用于当开断故障电流后吸收系统感性元件储能和限制过电压。


2.如权利要求1所述的固态式直流断路器，其特征在于，所述电容换流单元(2)包括：第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第三晶闸管T3、第四晶闸管T4、预充电电容C、换流电感L、第一避雷器MOV1和第一机械开关S0；
第一晶闸管T1和第四晶闸管T4串联连接，第二晶闸管T2和第三晶闸管T3串联连接，第一避雷器MOV1和第一机械开关S0串联连接在第一晶闸管T1与第四晶闸管T4的串联连接端与第二晶闸管T2与第三晶闸管T3的串联连接端之间；预充电电容C和换流电感L串联连接在第一晶闸管T1与第四晶闸管T4的串联连接端与第二晶闸管T2与第三晶闸管T3的串联连接端之间；第一晶闸管T1的非串联端与第二晶闸管T2的非串联端共同作为电容换流单元(2)的一端；第三晶闸管T3的非串联端与第四晶闸管T4的非串联端共同作为电容换流单元(2)的另一端。


3.如权利要求2所述的固态式直流断路器，其特征在于，当发生短路故障时，触发第一晶闸管T1和第三晶闸管T3导通，流向SCR单元的电流向第一晶闸管T1和第三晶闸管T3所在的支路转移并控制SCR单元在电流过零时关断；换流过程中通过预充电电容C和换流电感L振荡来为SCR单元关断提供足够的时间和电流过零点；
当SCR单元关断成功后，电源阀侧继续向预充电电容C充电，预充电电容C电压极性改变，流向预充电电容C的电流继续减小至零，第一晶闸管T1和第三晶闸管T3自然关断，通过避雷器MOV动作来吸收系统感性元件储存的能量并限制过电压，通过控制第一机械开关S0导通来吸收预充电电容C储能并将预充电电容电压限制到指定值，为下一次重合闸做准备。


4.如权利要求1所述的固态式直流断路器，其特征在于，所述电容换流单元(2)包括：晶闸管T0、第二机械开关S1、第三机械开关S2、第四机械开关S3、第五机械开关S4、第一机械开关S0、预充电电容C、换流电感L和第一避雷器MOV1；
第二机械开关S1和第五机械开关S4串联连接，第三机械开关S2和第四机械开关S3串联连接，第一避雷器MOV1和第一机械开关S0串联连接在第二机械开关S1与第五机械开关S4的串联连接端与第三机械开关S2与第四机械开关S3的串联连接端之间；预充电电容C和换流电感L串联连接在...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁召，李归霞，陈立学，潘垣，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42