一种基于MMC源的直流断路器及其控制方法技术

本发明专利技术提供的一种基于MMC源的直流断路器及其控制方法，该断路器包括：通流支路、耗能支路及开断支路，其中，通流支路，其串入电力线路中；开断支路，其与通流支路并联连接，开断支路包括：振荡电感、振荡电容及基于MMC源的受控电压源，其中，振荡电感、振荡电容及基于MMC源的受控电压源电压源串联连接，基于MMC源的受控电压源包括多个串联连接的MMC子模块；耗能支路，其与振荡电容并联连接。通过利用柔性直流换流站MMC已存在的子模块及其能量构建基于MMC源的受控电压源并通过所涉及电路和电压变换产生振荡电流实现断路器电流开断，大大提高了断路器的灵活性和可用率，降低了断路器储能电容和其充电装置的设计难度和成本。电容和其充电装置的设计难度和成本。电容和其充电装置的设计难度和成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于MMC源的直流断路器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种基于MMC源的直流断路器及其控制方法。

技术介绍

[0002]现今直流输配电技术成为风光等可再生能源大规模送出消纳的有效手段，而高压直流断路器是直流输配电向更为经济灵活的网络化发展的关键设备。采用机械开关和电力电子器件混合连接，兼具了机械低损耗和电力电子高速开关特性，是目前高压直流断路器领域的主流技术路线。但混合式直流断路器中大规模电力电子器件的应用造成其成本高昂，其开断能力受限于电力电子器件的固有水平。
[0003]而基于有源振荡注入反向电流创造人工零点的直流开断技术开断能力强，具有较高的经济性，解决了混合式直流断路器成本高昂的问题。但随着断路器电压等级的提升，振荡回路中的预储能电容和其充电装置的电压等级随之升高，基于有源振荡注入的断路器储能电容和其充电装置的设计难度和成本大幅提高，限制了断路器的发展。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中有源振荡注入的断路器储能电容和其充电装置的设计难度高和成本高的缺陷，从而提供一种基于MMC源的直流断路器及其控制方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供一种基于MMC源的直流断路器，包括：通流支路、耗能支路及开断支路，其中，通流支路，其串入电力线路中；开断支路，其与所述通流支路并联连接，所述开断支路包括：振荡电感、振荡电容及基于MMC源的受控电压源，其中，所述振荡电感、所述振荡电容及所述基于MMC源的受控电压源串联连接，所述基于MMC源的受控电压源包括多个串联连接的MMC子模块，所述基于MMC源的受控电压源通过复用柔性直流换流站MMC中子模块输出能量；耗能支路，其与所述振荡电容并联连接；当所述电力线路未故障时，所述通流支路导通直流负荷电流；当所述电力线路出现短路故障时，控制所述基于MMC源的受控电压源及通流支路的运行状态，所述开断支路产生与故障电流幅值相等、方向相反的振荡电流，使得通流支路可靠关断，最终由耗能支路消耗能量。
[0007]优选地，所述MMC子模块为半桥结构或为全桥结构。
[0008]优选地，当所述MMC子模块为半桥结构时，所述基于MMC源的受控电压源包括上半区受控电压源及下半区受控电压源，所述上半区受控电压源的高压端分别与所述下半区受控电压源的低压端及所述振荡电感的一端连接，所述上半区受控电压源的低压端与所述下半区受控电压源的高压端连接后，分别与所述振荡电容的一端及所述耗能支路的一端连接。
[0009]优选地，当所述MMC子模块为半桥结构时，所述基于MMC源的受控电压源还包括隔
离电路，所述隔离电路的一端与所述上半区受控电压源的高压端连接，所述隔离电路的另一端与所述下半区受控电压源的低压端连接。
[0010]优选地，当所述MMC子模块为全桥结构时，所述基于MMC源的受控电压源的高压端分别与所述振荡电容的一端及所述耗能支路的一端连接，所述基于MMC源的受控电压源的低压端与所述振荡电感的一端连接。
[0011]优选地，所述半桥结构包括：第一电力电子器件、第二电力电子器件及第一直流电容，其中，第一电力电子器件，其一端与所述第一直流电容的一端连接，其另一端分别与所述振荡电容的一端及所述第二电力电子器件的一端连接；第二电力电子器件，其另一端与所述第一直流电容的另一端连接。
[0012]优选地，所述全桥结构包括：第三电力电子器件、第四电力电子器件、第五电力电子器件、第六电力电子器件及第二直流电容，其中，第三电力电子器件，其一端分别与所述第二直流电容的一端、所述第五电力电子器件的一端连接，其另一端分别与所述振荡电容的一端、所述耗能支路的一端及所述第四电力电子器件的一端连接；第四电力电子器件，其另一端分别与所述第二直流电容的另一端、所述第六电力电子器件的另一端连接；第五电力电子器件，其另一端与所述第六电力电子器件的一端连接。
[0013]第二方面，本专利技术实施例提供一种基于MMC源的直流断路器的控制方法，基于第一方面的基于MMC源的直流断路器，所述控制方法包括：实时监测通流支路的两端所连接的电力线路是否故障；当通流支路的至少一端所连接的电力线路出现故障时，控制所述基于MMC源的受控电压源及通流支路的运行状态，所述开断支路产生与故障电流幅值相等、方向相反的振荡电流，使得通流支路可靠关断。
[0014]优选地，所述控制所述基于MMC源的受控电压源及通流支路的运行状态，所述开断支路产生与故障电流幅值相等、方向相反的振荡电流，使得通流支路可靠关断，包括：控制所述通流支路的机械开关分闸；当所述机械开关达到足够耐受暂态开断电压的设计开距时，控制所述基于MMC源的受控电压源中MMC子模块动作，直到基于MMC源的受控电压源上产生与短路电流幅值相等、方向相反的振荡电流，机械开关电流过零，完成熄弧开断。
[0015]优选地，基于MMC源的直流断路器的控制方法还包括：当振荡电容的电压达到预设电压阈值时，耗能支路导通，消耗故障电流能量。
[0016]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0017]本专利技术提供的基于MMC源的直流断路器，包括：通流支路、耗能支路及开断支路，其中，通流支路，其串入电力线路中；开断支路，其与通流支路并联连接，开断支路包括：振荡电感、振荡电容及基于MMC源的受控电压源，其中，振荡电感、振荡电容及基于MMC源的受控电压源串联连接，基于MMC源的受控电压源包括多个串联连接的MMC子模块；耗能支路，其与振荡电容并联连接；当电力线路未故障时，通流支路导通直流负荷电流；当电力线路出现短路故障时，控制基于MMC源的受控电压源及通流支路的运行状态，开断支路产生与故障电流幅值相等、方向相反的振荡电流，使得通流支路可靠关断，最终由耗能支路消耗能量。通过采用多个串联连接的MMC子模块构成的基于MMC源的受控电压源作为直流断路器的电压源，可通过VSC
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MMC换流器高电位子模块重复利用获得能量，从而支撑断路器短时间内数次最大电流连续开断，大大提高了断路器的灵活性和可用率，降低了断路器储能电容和其充电装置的设计难度和成本。
[0018]本专利技术提供的基于MMC源的直流断路器的控制方法，包括：实时监测通流支路的两端所连接的电力线路是否故障；当通流支路的至少一端所连接的电力线路出现故障时，控制基于MMC源的受控电压源及通流支路的运行状态，开断支路产生与故障电流幅值相等、方向相反的振荡电流，使得通流支路可靠关断。当电力线路出现故障时，通过控制开断支路振荡且产生反向的振荡电流，并不断增加振荡电流的幅值，直至产生与故障电流幅值相等、方向相反的振荡电流，可实现断路器短时间内数次最大电流连续开断，大大提高了断路器的灵活性和可用率。降低了断路器储能电容和其充电装置的设计难度和成本。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MMC源的直流断路器，其特征在于，包括：通流支路、耗能支路及开断支路，其中，通流支路，其串入电力线路中；开断支路，其与所述通流支路并联连接，所述开断支路包括：振荡电感、振荡电容及基于MMC源的受控电压源，其中，所述振荡电感、所述振荡电容及所述基于MMC源的受控电压源串联连接，所述基于MMC源的受控电压源包括多个串联连接的MMC子模块，所述基于MMC源的受控电压源通过复用柔性直流换流站MMC中子模块输出能量；耗能支路，其与所述振荡电容并联连接；当所述电力线路未故障时，所述通流支路导通直流负荷电流；当所述电力线路出现短路故障时，控制所述基于MMC源的受控电压源及通流支路的运行状态，所述开断支路振荡产生与故障电流幅值相等、方向相反的振荡电流，使得通流支路可靠关断，最终由耗能支路消耗能量。2.根据权利要求1所述的基于MMC源的直流断路器，其特征在于，所述MMC子模块为半桥结构或为全桥结构。3.根据权利要求2所述的基于MMC源的直流断路器，其特征在于，当所述MMC子模块为半桥结构时，所述基于MMC源的受控电压源包括上半区受控电压源及下半区受控电压源，所述上半区受控电压源的高压端分别与所述下半区受控电压源的低压端及所述振荡电感的一端连接，所述上半区受控电压源的低压端与所述下半区受控电压源的高压端连接后，分别与所述振荡电容的一端及所述耗能支路的一端连接。4.根据权利要求3所述的基于MMC源的直流断路器，其特征在于，当所述MMC子模块为半桥结构时，所述基于MMC源的受控电压源还包括隔离电路，所述隔离电路的一端与所述上半区受控电压源的高压端连接，所述隔离电路的另一端与所述下半区受控电压源的低压端连接。5.根据权利要求2所述的基于MMC源的直流断路器，其特征在于，当所述MMC子模块为全桥结构时，所述基于MMC源的受控电压源的高压端分别与所述振荡电容的一端及所述耗能支路的一端连接，所述基于MMC源的受控电压源的低压端与所述振荡电感的一端连接。6.根据权利要求2所述的基于MMC源的直流断路器，其特征在于，所述半桥结构包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李弸智，王新颖，高冲，陈赟，张宁，刘远，傅超然，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：