一种适用于中压直流断路器的电流转移电路及方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于中压直流断路器的电流转移电路及方法。该电路包括：主通流支路、故障电流转移支路以及耗能支路；主通流支路、故障电流转移支路以及耗能支路并联；故障电流转移支路包括固态开关以及辅助换流单元；辅助换流单元包括储能电容器、第一全控型电力电子器件以及第二全控型电力电子器件；第一全控型电力电子器件的正极连接第二全控型电力电子器件的负极形成第一串联串；第一全控型电力电子器件的负极连接第二全控型电力电子器件的正极形成第二串联串；第一串联串与第二串联串并联，且储能电容器并联于第一串联串与第二串联串之间，形成H桥型电路通流拓扑。本发明专利技术能够实现对故障电流的转移，满足中压直流配电网内故障快速切除需求。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于中压直流断路器的电流转移电路及方法
本专利技术涉及中压直流配电网领域，特别是涉及一种适用于中压直流断路器的电流转移电路及方法。
技术介绍
近年来中压直流配电网发展前景良好，未来直流配电网具有经济性好、能耗低、供电可靠性高、分布式电源与储能装置接入便捷、占地资源少、环保等诸多优点，直流配电应用范围愈加广泛。纵使现有电能输送形式大多以交流为主，但近年来随着电力电子技术迅猛发展，轨道交通、航天运输、大功率医疗设备等主要场合的用电需求，给直流配网的应用提供了巨大的发展空间。直流断路器是保护低阻尼直流系统的关键设备，混合式直流断路器是当前应用较为成熟的技术方案，且电力电子技术的快速发展也为其提供了重要的技术支撑。混合式直流断路器的工作原理主要是利用主通流支路与转移支路、耗能支路的可靠配合来实现故障电流的快速分断。对混合式直流断路器转移支路的研究，国内外诸多已发表的文献、著作中提出的解决方案不尽相同，辅助换流措施既可配置于主通流支路，又可配置于转移支路。通常使用功率半导体器件来组成大功率半导体开关组件，以此作为故障转移支路核心组成部分，实现辅助换流功能。直流断路器现有较为成熟的电流转移方式，可分阻抗型与电源型两大类。阻抗型换流方式主要指在故障电流产生时创造一种高阻抗状态，电源型换流方式主要通过引入独立的电压源或电流源来迫使故障电流转移。目前针对电源型电流转移技术方案，主要使用储能电容器等构成主动换流条件，以迫使主支路电流发生转移。已发表专利CN108390362A中使用了原边电感线圈及一定数目的快速导通开关，且其主支路仍配备辅助电力电子开关模块，对中压环境下应用的直流断路器而言，还需额外配备水冷装置，经济性有一定提升但运行可靠性都相对较差；专利CN110401174A虽提到通过引入辅助电感La与辅助电容Ca一同构成谐振电路，但其重点旨在辅助完成电流的转移，在后续关断过程中电感暂无实际应用条件，且回路由于引入辅助电感，对断路器电流关断的过程也存在一定影响；专利CN105024369B主要使用电容器预先储能来辅助电流转移，由于使用电感耦合线圈，在关断环节电流将会产生振荡，但其实施难度简单、成本低是主要优点。专利CN109861183B也已提出使用电容器预先储存电能以辅助电流转移，但由于使用半控型器件，装置工作可靠性相对薄弱；另一方面由于内部辅助换流的结构涉及较多器件，较之中压场合，其不适宜应用的原因主要在于器件较多、控制与结构复杂，占地空间较大。目前在中压直流配电网领域研究的大容量直流开断技术，较之高压直流输电相对落后，已有的商用化大容量直流开断技术大都针对低压系统，故无法满足故障快速切除的需求，而在实际应用中又需考虑体积、成本等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于中压直流断路器的电流转移电路及方法，以解决现有的大容量直流开断技术都针对低压系统，无法满足中压直流配电网内故障快速切除需求的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种适用于中压直流断路器的电流转移电路，包括：主通流支路、故障电流转移支路以及耗能支路；所述主通流支路、所述故障电流转移支路以及所述耗能支路并联；所述故障电流转移支路包括固态开关以及辅助换流单元；所述辅助换流单元包括储能电容器、第一全控型电力电子器件以及第二全控型电力电子器件；所述第一全控型电力电子器件的正极连接所述第二全控型电力电子器件的负极，形成第一串联串；所述第一全控型电力电子器件的负极连接所述第二全控型电力电子器件的正极，形成第二串联串；所述第一串联串与所述第二串联串并联，且所述储能电容器并联于所述第一串联串与所述第二串联串之间，组合成H桥型电路通流拓扑；故障电流转移阶段：两个所述第一全控型电力电子器件均关断，两个所述第二全控型电力电子器件均导通，所述储能电容器放电，形成负压，使得所述主通流支路转移故障电流；故障电流关断阶段：所述储能电容器放电完毕，两个所述第一全控型电力电子器件仍处于关断状态，所述第一串联串与所述第二串联串并联通流；经过预设时长后，两个所述第二全控型电力电子器件被触发关断，所述辅助换流单元的端电压逐渐升高至所述耗能支路的动作电压，通过所述耗能支路耗尽残余故障电流。可选的，所述第一全控型电力电子器件与所述第二全控型电力电子器件的型号相同；当所述辅助换流单元的通流方式为单向通流方式时，所述第一全控型电力电子器件为二极管；所述第二全控型电力电子器件为绝缘栅双极型晶体管；当所述辅助换流单元的通流方式为双向通流方式时，所述第一全控型电力电子器件以及所述第二全控型电力电子器件均为绝缘栅双极型晶体管。可选的，所述主通流支路内仅配置快速机械开关；所述快速机械开关用于实现中压直流断路器的毫秒级分段要求。可选的，所述耗能支路包括一个或多个避雷器；所述避雷器的动作电压基于所述故障电流关断阶段内所述辅助换流单元在关断时产生的瞬态电压设定。可选的，所述储能电容器为薄膜电容器。可选的，所述固态开关包括直串式固态开关、二极管桥式固态开关以及含电容全桥式固态开关。可选的，在所述故障电流关断阶段之后，若所述存储电容器仍存储有剩余电压，所述剩余电压用于下一时段的重合闸阶段。一种适用于中压直流断路器的电流转移方法，包括：故障电流产生阶段：故障电流产生并仅流经主通流支路；故障电流转移阶段：故障电流转移支路内的两个第一全控型电力电子器件均关断，两个第二全控型电力电子器件均导通，储能电容器放电，形成负压，使得主通流支路转移故障电流；所述第一串联串为第一全控型电力电子器件的正极连接所述第二全控型电力电子器件的负极形成的串联串，所述第二串联串为所述第一全控型电力电子器件的负极连接所述第二全控型电力电子器件的正极形成串联串；故障电流关断阶段：储能电容器放电完毕，两个第一全控型电力电子器件仍处于关断状态，第一串联串与第二串联串并联通流；经过预设时长后，两个第二全控型电力电子器件被触发关断，所述故障电流转移支路内的辅助换流单元的端电压逐渐升高至耗能支路的动作电压，通过所述耗能支路耗尽残余故障电流。可选的，在所述故障电流关断阶段之后，若所述存储电容器仍存储有剩余电压，所述剩余电压用于下一时段的重合闸阶段。可选的，所述重合闸阶段具体包括在第一时刻重合闸一次后，在第二时刻分闸；所述第二时刻为所述第一时刻的下一时刻。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了一种适用于中压直流断路器的电流转移电路及方法，通过配置辅助换流单元，对储能电容器预先充以适量电压，实现对故障电流的转移，满足中压直流配电网对故障快速切除需求；本专利技术提出一种中压混合式直流断路器电流转移电路及方法，使故障电流转移与关断功能集成化，又能兼顾中压直流配网对断路器设备的体积、成本以及工作可靠性等要求，对扩大直流断路器的应用范围具有重要工程意义。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于中压直流断路器的电流转移电路，其特征在于，包括：主通流支路、故障电流转移支路以及耗能支路；/n所述主通流支路、所述故障电流转移支路以及所述耗能支路并联；/n所述故障电流转移支路包括固态开关以及辅助换流单元；所述辅助换流单元包括储能电容器、第一全控型电力电子器件以及第二全控型电力电子器件；/n所述第一全控型电力电子器件的正极连接所述第二全控型电力电子器件的负极，形成第一串联串；所述第一全控型电力电子器件的负极连接所述第二全控型电力电子器件的正极，形成第二串联串；所述第一串联串与所述第二串联串并联，且所述储能电容器并联于所述第一串联串与所述第二串联串之间，组合成H桥型电路通流拓扑；/n故障电流转移阶段：两个所述第一全控型电力电子器件均关断，两个所述第二全控型电力电子器件均导通，所述储能电容器放电，形成负压，使得所述主通流支路转移故障电流；/n故障电流关断阶段：所述储能电容器放电完毕，两个所述第一全控型电力电子器件仍处于关断状态，所述第一串联串与所述第二串联串并联通流；经过预设时长后，两个所述第二全控型电力电子器件被触发关断，所述辅助换流单元的端电压逐渐升高至所述耗能支路的动作电压，通过所述耗能支路耗尽残余故障电流。/n...

【技术特征摘要】
1.一种适用于中压直流断路器的电流转移电路，其特征在于，包括：主通流支路、故障电流转移支路以及耗能支路；
所述主通流支路、所述故障电流转移支路以及所述耗能支路并联；
所述故障电流转移支路包括固态开关以及辅助换流单元；所述辅助换流单元包括储能电容器、第一全控型电力电子器件以及第二全控型电力电子器件；
所述第一全控型电力电子器件的正极连接所述第二全控型电力电子器件的负极，形成第一串联串；所述第一全控型电力电子器件的负极连接所述第二全控型电力电子器件的正极，形成第二串联串；所述第一串联串与所述第二串联串并联，且所述储能电容器并联于所述第一串联串与所述第二串联串之间，组合成H桥型电路通流拓扑；
故障电流转移阶段：两个所述第一全控型电力电子器件均关断，两个所述第二全控型电力电子器件均导通，所述储能电容器放电，形成负压，使得所述主通流支路转移故障电流；
故障电流关断阶段：所述储能电容器放电完毕，两个所述第一全控型电力电子器件仍处于关断状态，所述第一串联串与所述第二串联串并联通流；经过预设时长后，两个所述第二全控型电力电子器件被触发关断，所述辅助换流单元的端电压逐渐升高至所述耗能支路的动作电压，通过所述耗能支路耗尽残余故障电流。


2.根据权利要求1所述的适用于中压直流断路器的电流转移电路，其特征在于，所述第一全控型电力电子器件与所述第二全控型电力电子器件的型号相同；
当所述辅助换流单元的通流方式为单向通流方式时，所述第一全控型电力电子器件为二极管；所述第二全控型电力电子器件为绝缘栅双极型晶体管；
当所述辅助换流单元的通流方式为双向通流方式时，所述第一全控型电力电子器件以及所述第二全控型电力电子器件均为绝缘栅双极型晶体管。


3.根据权利要求1所述的适用于中压直流断路器的电流转移电路，其特征在于，所述主通流支路内仅配置快速机械开关；所述快速机械开关用于实现中压直流断路器的毫秒级分段要求。


4.根据权利要求1所述的适用于中压直流断路器的电流转移电路，其特征在于，所述耗能支路包括一个或多个避雷器；所述避雷器的动作电压基于所述故障电流关断阶段内...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐磊，渠鑫源，陈熙琳，张翔宇，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11