一种多端口直流断路器及其应用方法技术

本发明专利技术公开了一种多端口直流断路器及其应用方法，多端口直流断路器连接于第一换流站及第二换流站之间，第一换流站和第二换流站均包含至少两条直流出线线路，断路器包括：电磁耦合换流单元、限流单元、开断单元、能量吸收单元、多个通流单元、多个第一整流单元、多个第二整流单元：当换流站、连接线路正常时，通过通流单元实现换流站之间能量流动，当换流站、连接线路中的至少一个故障时，切断故障线路或全部线路，电磁耦合换流单元产生注入电流，整流单元将故障电流转移至限流单元、能量吸收单元，从而快速隔离所故障线路、故障换流站等，保障直流输电系统的安全、可靠和经济运行。

【技术实现步骤摘要】
一种多端口直流断路器及其应用方法
本专利技术涉及电力系统、电力电子
，具体涉及一种多端口直流断路器及其应用方法。
技术介绍
高压直流断路器是多端及直流电网构建的核心设备之一，其技术经济性直接影响了直流电网应用的灵活性与广泛性。目前，高压直流断路器主流技术路线主要有两种：一种为混合式直流断路器，正常运行由机械开关通流，故障时利用辅助换流支路等将电流转移至并联连接的电力电子器件支路中，然后由电力电子器件分断电流，该类型断路器通态损耗低，分断速度快，但是需要使用大量的全控器件串并联，成本较高。另一种是机械式直流断路器，通过预充电电容反向注入电流实现机械开关熄弧，最终完成直流开断，所需要电容容量大、电压高，且面临高压触发开关的经济性和可靠性设计问题。现有技术方案难以同时满足大规模直流电网建设对直流断路器技术性与经济性双重要求，限制高压直流断路器在多端及直流电网中规模化应用。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的高压大容量柔性直流电网中高压直流断路器配置数量较多，总体成本高昂的缺陷，从而提供一种多端口直流断路器及其应用方法。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供一种多端口直流断路器，多端口直流断路器连接于第一换流站及第二换流站之间，第一换流站和第二换流站均包含至少两条直流出线线路，断路器包括：电磁耦合换流单元、限流单元、开断单元、能量吸收单元、多个通流单元、整流单元，所述整流单元包括多个第一整流单元及多个第二整流单元，其中，第一换流站通过一个通流单元与一个第二换流站连接，通流单元包括：至少一组快速机械开关；第一换流站还依次通过第一整流单元、电磁耦合换流单元、限流单元分别与开断单元的第一端及能量吸收单元的第一端连接，开断单元的第二端及能量吸收单元的第二端连接后，通过多个第一整流单元与多个第二换流站对应连接；第一换流站还通过第二整流单元分别与开断单元的第二端及能量吸收单元的第二端连接，每个第二换流站均通过一个第二整流单元与第一整流单元、电磁耦合换流单元之间的连接点连接；当每个通流单元所在线路、第一换流站正常运行时，通流单元用于实现第一换流站及第二换流站之间的负荷电流传输；当通流单元所在线路、第一换流站中至少一个故障时，第一整流单元和第二整流单元用于转移故障电流、隔离故障线路、保护健全线路的正常运行；电磁耦合换流单元用于产生振荡，将负荷电流从通流单元转换至限流单元和开断单元；限流单元用于限制系统故障电流；开断单元用于分断系统故障电流；能量吸收单元用于抑制分断过电压、吸收系统感性元件储存能量。在一实施例中，第一整流单元及第二整流单元均由串联连接的第一二极管构成，或串联连接的第一晶闸管构成，或由串联连接的第一二极管及机械开关构成，或由串联连接的第一晶闸管及机械开关构成。在一实施例中，电磁耦合换流单元包括：耦合电抗器、第一电容及第一开关电路构成，其中，耦合电抗器的一次侧的第一端通过第一整流单元与第一换流站连接，其一次侧的第二端与限流单元连接；第一电容、第一开关电路及耦合电抗器的二次侧依次串联连接，构成电磁耦合回路。在一实施例中，限流单元包括容性限流电路或感性限流电路，其中，容性限流电路由并联连接的第一电阻及非线性电容构成；感性限流电路包括：第二电容、第二晶闸管、电感及第二开关电路，其中，第二电容、第二晶闸管、电感串联连接后与第二开关电路并联连接。在一实施例中，开断单元由多个串联连接的第三开关电路构成，第三开关电路包括：可控开关管、第二二极管、第三电容、第二电阻及第三电阻，其中，第二二极管与第三电容串联连接之后与可控开关管并联连接，第二二极管与第二电阻并联，第三电容与第三电阻并联。第二方面，本专利技术实施例提供一种多端口直流断路器的应用方法，基于第一方面的多端口直流断路器，应用方法包括：对多端口断路器初始化使其处于初始化状态，初始化状态包括：每个第一整流单元、第二整流单元、通流单元均解锁，电磁耦合换流单元、限流单元及开断单元均闭锁；在多端口直流断路器运行过程中，实时监控第一换流站及每个通流单元所在线路的运行状态，并判断第一换流站及每个通流单元所在线路是否正常运行；当第一换流站出口故障时，基于第一预设控制方法，通过控制每个通流单元、电磁耦合换流单元、限流单元、开断单元的运行状态，第二整流单元将系统故障电流转移至能量吸收单元中，直至系统故障电流被能量吸收单元吸收过零；当第一换流站出口正常运行、至少一个通流单元所在线路发生接地故障时，基于第二预设控制方法，通过控制接地故障线路的通流单元、电磁耦合换流单元、限流单元、开断单元的运行状态，第一整流单元将系统故障电流转移至能量吸收单元中，直至系统故障电流被能量吸收单元吸收过零。在一实施例中，第一预设控制方法包括：解锁开断单元的全部第三开关电路及限流单元、闭锁全部的通流单元，待全部的通流单元的机械开关的触头分开时，解锁电磁耦合单元的第一开关电路；判断全部通流单元的机械开关是否足够开距耐受暂态分断电压，当其足够开距耐受暂态分断电压后，闭锁开断单元。在一实施例中，第二预设控制方法包括：解锁开断单元的全部第三开关电路及限流单元、闭锁接地故障线路的通流单元，待接地故障线路的通流单元的机械开关的触头分开时，解锁电磁耦合单元的第一开关电路；判断接地故障线路的通流单元的机械开关是否足够开距耐受暂态分断电压，当其足够开距耐受暂态分断电压后，闭锁开断单元。在一实施例中，利用第三预设控制方法，对接地故障线路的通流单元进行重合闸，第三预设控制方法包括：解锁开断单元全部的第三开关电路，判断是否仍存在接地故障；若仍存在接地故障，闭锁开断单元全部的第三开关电路；当接地故障已清除时，解锁接地故障线路的通流单元，待开断单元电流过零后，闭锁开断单元全部的第三开关电路。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的多端口直流断路器及其应用方法，两个换流站之间通过多端口直流断路器连接，当换流站、连接线路正常时，通流单元实现换流站之间能量流动，当换流站、连接线路中的至少一个故障时，切断故障线路或全部线路，电磁耦合换流单元产生注入电流，整流单元将故障电流转移至限流单元、能量吸收单元，从而快速隔离所故障线路、故障换流站所连接的直流母线、故障换流站、多条故障直流线路侧等，保障直流输电系统的安全、可靠和经济运行。2.本专利技术提供的多端口直流断路器及其应用方法，直流断路器通流单元利用快速机械开关，从而实现换流站之间能量无损耗，且具有快速、双向、强电流分断、扩展性强等特征，能够实现快速重合闸，技术性能良好，能够满足直流电网不同运行需求。3.本专利技术提供的多端口直流断路器及其应用方法，第一换流站与多个第二换流站之间共用直流断路器电磁耦合换流单元、限流单元、开断单元和能量吸收单元，从而实现随着直流线路增加，灵活、简单、低成本扩展。4.本专利技术提供的多端口直流断路器及其应用方法，对于多直流出线换流站，相较于布置于每条直流线路上的独立混合式直流断路器，显著降低了直流断路器在高压大容量直流电网中应用的设备成本，具备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多端口直流断路器，其特征在于，所述多端口直流断路器连接于第一换流站及第二换流站之间，所述第一换流站和第二换流站均包含至少两条直流出线线路，所述断路器包括：电磁耦合换流单元、限流单元、开断单元、能量吸收单元、多个通流单元、整流单元，所述整流单元包括多个第一整流单元及多个第二整流单元，其中，/n所述第一换流站通过一个通流单元与一个第二换流站连接，所述通流单元包括：至少一组快速机械开关；/n所述第一换流站还依次通过第一整流单元、电磁耦合换流单元、限流单元分别与开断单元的第一端及能量吸收单元的第一端连接，所述开断单元的第二端及能量吸收单元的第二端连接后，通过多个第一整流单元与多个第二换流站对应连接；/n第一换流站还通过第二整流单元分别与所述开断单元的第二端及能量吸收单元的第二端连接，每个第二换流站均通过一个第二整流单元与第一整流单元、电磁耦合换流单元之间的连接点连接；/n当每个通流单元所在线路、第一换流站正常运行时，所述通流单元用于实现第一换流站及第二换流站之间的负荷电流传输；/n当通流单元所在线路、第一换流站中至少一个故障时，所述第一整流单元和第二整流单元用于转移故障电流、隔离故障线路、保护健全线路的正常运行；所述电磁耦合换流单元用于产生振荡，将负荷电流从所述通流单元转换至限流单元和开断单元；所述限流单元用于限制系统故障电流；所述开断单元用于分断系统故障电流；所述能量吸收单元用于抑制分断过电压、吸收系统感性元件储存能量。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多端口直流断路器，其特征在于，所述多端口直流断路器连接于第一换流站及第二换流站之间，所述第一换流站和第二换流站均包含至少两条直流出线线路，所述断路器包括：电磁耦合换流单元、限流单元、开断单元、能量吸收单元、多个通流单元、整流单元，所述整流单元包括多个第一整流单元及多个第二整流单元，其中，
所述第一换流站通过一个通流单元与一个第二换流站连接，所述通流单元包括：至少一组快速机械开关；
所述第一换流站还依次通过第一整流单元、电磁耦合换流单元、限流单元分别与开断单元的第一端及能量吸收单元的第一端连接，所述开断单元的第二端及能量吸收单元的第二端连接后，通过多个第一整流单元与多个第二换流站对应连接；
第一换流站还通过第二整流单元分别与所述开断单元的第二端及能量吸收单元的第二端连接，每个第二换流站均通过一个第二整流单元与第一整流单元、电磁耦合换流单元之间的连接点连接；
当每个通流单元所在线路、第一换流站正常运行时，所述通流单元用于实现第一换流站及第二换流站之间的负荷电流传输；
当通流单元所在线路、第一换流站中至少一个故障时，所述第一整流单元和第二整流单元用于转移故障电流、隔离故障线路、保护健全线路的正常运行；所述电磁耦合换流单元用于产生振荡，将负荷电流从所述通流单元转换至限流单元和开断单元；所述限流单元用于限制系统故障电流；所述开断单元用于分断系统故障电流；所述能量吸收单元用于抑制分断过电压、吸收系统感性元件储存能量。


2.根据权利要求1所述的多端口直流断路器，其特征在于，所述第一整流单元及第二整流单元均由串联连接的第一二极管构成，或串联连接的第一晶闸管构成，或由串联连接的第一二极管及机械开关构成，或由串联连接的第一晶闸管及机械开关构成。


3.根据权利要求1所述的多端口直流断路器，其特征在于，所述电磁耦合换流单元包括：耦合电抗器、第一电容及第一开关电路构成，其中，
所述耦合电抗器的一次侧的第一端通过所述第一整流单元与所述第一换流站连接，其一次侧的第二端与所述限流单元连接；
所述第一电容、第一开关电路及耦合电抗器的二次侧依次串联连接，构成电磁耦合回路。


4.根据权利要求1所述的多端口直流断路器，其特征在于，所述限流单元包括容性限流电路或感性限流电路，其中，
所述容性限流电路由并联连接的第一电阻及非线性电容构成；
所述感性限流电路包括：第二电容、第二晶闸管、电感及第二开关电路，其中，第二电容、第二晶闸管、电感串联连接后与所述第二开关电路并联连接。


5.根据权利要求1所述的多端口直流断路器，其特征在于，所述开断单元由多个串联连接的第三开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘远，汤广福，周万迪，张升，张宁，
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