一种多端口混合式直流断路器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种多端口混合式直流断路器及控制方法，采用多个并联的主支路和一个转移支路，转移支路与多个主支路并联，每个主支路连接一个接线端口，主支路包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂上均设有控制开关；转移支路包括串联的负载转移开关电路和耦合负压回路，负载转移开关电路的输入端连接上桥臂，负载转移开关电路的输出端连接耦合负压回路的输入端，耦合负压回路的输出端连接下桥臂，多端口直流断路器通过共用转移支路，减少了直流断路器中的电力电子器件数量，大大降低直流断路器在直流配电网中的使用成本，便于大规模安装于直流配电网中，控制逻辑简单，便于操作，动作时间极短，满足直流配电网对直流电网的速动性和可靠性要求。

【技术实现步骤摘要】
一种多端口混合式直流断路器及控制方法
本专利技术属于多端口直流断路器，具体涉及一种多端口混合式直流断路器及控制方法。
技术介绍
近年来，随着电力电子技术的迅猛发展，柔性直流输电、直流微电网逐渐兴起，学术界与工业界开始重新审视直流配电网的可行性，风电、光伏等可再生能源的应用和普及更是为直流配电网的形成创造了便利条件。与传统交流配电网相比，直流配电网具有供电容量大、线路损耗小、电能质量高、便于可再生能源接入等优点。目前直流配电网主要有辐射型、手拉手型及环网型拓扑结构，其中，环网型拓扑结构具有较高的供电可靠性，潮流方向灵活，不易出现大规模的区域停电，是未来直流配电网的主流结构。然而，环网型拓扑结构的高可靠性建立在成熟的中压直流断路器基础之上，因此对中压直流断路器的研究势在必行。与柔性直流输电网类似，直流配电网有低阻尼特性，发生短路故障时直流故障电流上升率高、幅值大、且不存在过零点。目前，中压直流断路器的研究主要集中于以下：机械式直流断路器和固态直流断路器。机械式直流断路器的通态损耗很低，但故障切除时间过长，无法满足直流配电网几毫秒级动作的要求；固态直流断路器完全由电力电子开关构成，切断速度极快，但其通态损耗过高，对直流配电网的经济性影响较大，且仅具有单相导通性，无法满足多路径切断要求，仅能开断单方向的短路电流，配置在正极母线和正极母线时需要改变电力电子器件和预充电电容的方向，不利于直流断路器的安装和运维，存在一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多端口混合式直流断路器及控制方法，以克服现有技术的不足。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种多端口混合式直流断路器，包括多个并联的主支路和一个转移支路，转移支路与多个主支路并联，每个主支路连接一个接线端口，主支路包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂上均设有控制开关；转移支路包括串联的负载转移开关电路和耦合负压回路，负载转移开关电路的输入端连接上桥臂，负载转移开关电路的输出端连接耦合负压回路的输入端，耦合负压回路的输出端连接下桥臂，系统正常运行时，上桥臂上的控制开关处于闭合状态，下桥臂上的控制开关处于断开状态。进一步的，负载转移开关电路采用电流双向流通的负载转移开关电路。进一步的，负载转移开关电路包括IGBT管、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电容C1、电阻R和金属氧化物避雷器MOA，IGBT管的E极与二极管D1的正极、金属氧化物避雷器MOA的一端、电容C1一端和二极管D3的正极连接，IGBT管的C极与二极管D2的负极、金属氧化物避雷器MOA的另一端、电阻R的一端、二极管D4的正极和二极管D5的负极连接，电容C1另一端与电阻R的另一端和二极管D4的负极连接，二极管D1的负极和二极管D2的正极连接于上桥臂，二极管D3的负极和二极管D5的正极连接于耦合负压回路输入端。进一步的，耦合负压回路包括耦合电感、电容C2、晶体管T和二极管D6，耦合电感的副边电感一端为输入端，连接二极管D3的负极，耦合电感的副边电感另一端连接下桥臂，耦合电感的原边电感一端连接晶体管T的阴极和二极管D6的正极，耦合电感的原边电感另一端连接电容C2一端，电容C2另一端连接晶体管T的阳极和二极管D6的负极。进一步的，控制开关采用快速机械开关。一种多端口混合式直流断路器的控制方法，包括以下步骤：步骤1)、电流检测电路实时获取各主支路负载电流信息，并将各主支路负载电流信息转发至控制器中，控制器根据各主支路负载电流信息得预设工频周期内负载电流的有效值；步骤2)、当一个主支路预设工频周期内负载电流的有效值大于预设值时，控制器发出驱动信号，驱动电路根据所述驱动信号使该主支路上桥臂的控制开关断开，使该主支路下桥臂的控制开关闭合，完成直流断路器电路切换。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术一种多端口混合式直流断路器，采用多个并联的主支路和一个转移支路，转移支路与多个主支路并联，每个主支路连接一个接线端口，主支路包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂上均设有控制开关；转移支路包括串联的负载转移开关电路和耦合负压回路，负载转移开关电路的输入端连接上桥臂，负载转移开关电路的输出端连接耦合负压回路的输入端，耦合负压回路的输出端连接下桥臂，多端口直流断路器通过共用转移支路，减少了直流断路器中的电力电子器件数量，大大降低直流断路器在直流配电网中的使用成本，具有双向导通性，无论安装在直流正极还是负极，拓扑结构都无需作任何改变，便于大规模安装于直流配电网中，基于耦合负压回路的多端口混合式直流断路器控制逻辑简单，便于操作，动作时间极短，满足直流配电网对直流电网的速动性和可靠性要求。一种多端口混合式直流断路器控制方法，通过实时获取各主支路负载电流信息，并将各主支路负载电流信息转发至控制器中，利用控制器能够在几个毫秒内切断直流故障电流，满足速动性和可靠性的要求，并可大大减小安装在直流配网中的投资成本，具有较高的经济效益。附图说明图1为本专利技术实施例中直流断路器结构示意图。图2为本专利技术实施例中基于耦合负压的多端口混合式直流断路器的动作时序图。图3为本专利技术实施例中基于耦合负压的多端口混合式直流断路器在系统稳态运行时的电流导通路径。图4为本专利技术实施例中为基于耦合负压的多端口混合式直流断路器在t1～t2时间段内的电流导通路径图。图5为本专利技术实施例中基于耦合负压的多端口混合式直流断路器在t2～t3时间段内的电流导通路径图。图6为本专利技术实施例中基于耦合负压的多端口混合式直流断路器在t3～t4时间段内的电流导通路径图。图7为本专利技术实施例中基于耦合负压的多端口混合式直流断路器在各动作阶段的电流波形图。图8为本专利技术实施例中将基于耦合负压的多端口混合式直流断路器应用于实际柔性直流配电网中，某一条输电线路发生金属性双极短路故障时的端口电压波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：如图1所示，一种多端口混合式直流断路器，包括多个并联的主支路和一个转移支路，转移支路与多个主支路并联，每个主支路连接一个接线端口，主支路包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂均设有控制开关MS，如图3所示，系统正常运行时，上桥臂上的控制开关MS处于闭合状态，下桥臂上的控制开关MS处于断开状态，电流经主支路上桥臂的快速机械开关流通，导通损耗很小；转移支路包括负载转移开关电路和耦合负压回路，负载转移开关电路包括IGBT管、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电容C1、电阻R和金属氧化物避雷器MOA，IGBT管的E极与二极管D1的正极、金属氧化物避雷器MOA的一端、电容C1一端和二极管D3的正极连接，IGBT管的C极与二极管D2的负极、金属氧化物避雷器MOA的另一端、电阻R的一端、二极管D4的正极和二极管D5的负极连接，电容C1另一端与电阻R的另一端和二极管D4的负极连接，二极管D1的负极和二极管D2的正极连接于上桥臂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多端口混合式直流断路器，其特征在于，包括多个并联的主支路和一个转移支路，转移支路与多个主支路并联，每个主支路连接一个接线端口，主支路包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂上均设有控制开关；转移支路包括串联的负载转移开关电路和耦合负压回路，负载转移开关电路的输入端连接上桥臂，负载转移开关电路的输出端连接耦合负压回路的输入端，耦合负压回路的输出端连接下桥臂，系统正常运行时，上桥臂上的控制开关处于闭合状态，下桥臂上的控制开关处于断开状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种多端口混合式直流断路器，其特征在于，包括多个并联的主支路和一个转移支路，转移支路与多个主支路并联，每个主支路连接一个接线端口，主支路包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂上均设有控制开关；转移支路包括串联的负载转移开关电路和耦合负压回路，负载转移开关电路的输入端连接上桥臂，负载转移开关电路的输出端连接耦合负压回路的输入端，耦合负压回路的输出端连接下桥臂，系统正常运行时，上桥臂上的控制开关处于闭合状态，下桥臂上的控制开关处于断开状态。


2.根据权利要求1所述的一种多端口混合式直流断路器，其特征在于，负载转移开关电路采用电流双向流通的负载转移开关电路。


3.根据权利要求2所述的一种多端口混合式直流断路器，其特征在于，负载转移开关电路包括IGBT管、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电容C1、电阻R和金属氧化物避雷器MOA，IGBT管的E极与二极管D1的正极、金属氧化物避雷器MOA的一端、电容C1一端和二极管D3的正极连接，IGBT管的C极与二极管D2的负极、金属氧化物避雷器MOA的另一端、电阻R的一端、二极管D4的正极和二极管D5的负极连接，电容C1另一端与电阻R的另一端和二极管D4的负极连接，二极管D1的负极和二极管D2的正极连接于上桥臂，二极管D3的负极和二极管D5的正极连接于耦合负压回路输入端。


4.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李江涛，刘书瀚，徐凯宏，任家睿，黄冬冬，王茹，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61