一种同频耦合注入型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同频耦合注入型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，开断支路包括电容单元、同频耦合注入单元，电容单元与同频耦合注入单元串联连接；耗能支路，其与电容单元并联连接；由于同频耦合注入单元电压等级远低于直流断路器额定电压等级，通过引入同频耦合注入单元降低了高压系统中设计难度及绝缘成本，使其容量不再受限，并进一步提高了断路器的灵活性和可靠性，使其适应于高电压等级的电力环境。压等级的电力环境。压等级的电力环境。

【技术实现步骤摘要】
一种同频耦合注入型直流断路器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种同频耦合注入型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]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，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，在高压系统中设计难度大，绝缘成本高，其容量受限同时大大降低了断路器的灵活性和可靠性。

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的断路器难以适应电压等级提升的缺陷，从而提供一种同频耦合注入型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同频耦合注入型直流断路器，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，所述开断支路包括电容单元、同频耦合注入单元，所述电容单元与所述同频耦合注入单元串联连接；耗能支路，其与所述电容单元并联连接；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故障时，所述同频耦合注入单元在开断过程产生激励电流，将激励电流耦合至所述通流支路及所述开断支路构成的回路中并放大回路中激励电流幅值，引发回路中的同频振荡，在所述通流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。
[0007]优选地，所述同频耦合注入单元，包括：耦合电抗器单元、振荡电容单元及激励电压变换单元，其中，所述耦合电抗器单元的原边分别与所述振荡电容单元、所述激励电压变换单元串联连接；所述耦合电抗器单元的副边与所述电容单元串联连接。
[0008]优选地，所述激励电压变换单元为桥式电路或模块级联电路。
[0009]优选地，所述桥式电路包括第一桥臂单元、第二桥臂单元、第三桥臂单元、第四桥臂单元及桥电容，其中，所述第一桥臂单元的一端与所述第三桥臂单元的一端连接，所述第一桥臂单元的另一端与所述第二桥臂单元的一端连接，所述第二桥臂单元的另一端与所述第四桥臂单元的另一端连接，所述第三桥臂单元的另一端与所述第四桥臂单元的一端的连接，所述桥电容的一端分别与所述第一桥臂单元的一端及所述第三桥臂单元的一端连接，
所述桥电容的另一端分别与所述第二桥臂单元的另一端及所述第四桥臂单元的另一端连接，所述第一桥臂单元与所述第二桥臂单元连接线的中点与所述振荡电容单元的一端连接，所述第三桥臂单元与所述第四桥臂单元连接线的中点与所述耦合电抗器单元的原边连接。
[0010]优选地，所述模块级联电路包括多个子模块单元，多个所述子模块单元级联连接。
[0011]优选地，同频耦合注入型直流断路器还包括充电装置，所述充电装置与所述激励电压变换单元并联连接。
[0012]第二方面，本专利技术实施例提供一种同频耦合注入型直流断路器的控制方法，基于第一方面所述的同频耦合注入型直流断路器，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，控制所述同频耦合注入单元在开断过程产生激励电流，将激励电流耦合至所述通流支路及所述开断支路构成的回路中并放大回路中激励电流幅值，引发回路中的同频振荡，在所述通流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。
[0013]优选地，所述当通流支路的至少一端所连接的电力线路出现故障时，控制所述同频耦合注入单元在开断过程产生激励电流，将激励电流耦合至所述通流支路及所述开断支路构成的回路中并放大回路中激励电流幅值，引发回路中的同频振荡，在所述通流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：
[0014]控制所述通流支路的机械开关分闸；
[0015]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，控制所述激励电压变换单元中的第二子模块、第四子模块开通，第一子模块、第三子模块关断，控制所述同频耦合注入单元在开断过程产生逆时针方向的激励电流，将激励电流耦合至所述通流支路及所述开断支路构成的回路中并产生同频率且幅值更大的顺时针振荡电流；
[0016]下一个控制周期，控制所述激励电压变换单元中的第一子模块、第三子模块开通，第二子模块、第四子模块关断，控制所述同频耦合注入单元在开断过程产生顺时针方向的激励电流，将激励电流耦合至所述通流支路及所述开断支路构成的回路中并产生同频率且幅值进一步增大的逆时针振荡电流；
[0017]控制所述激励电压变换单元周期性输出电压，当通流支路产生的振荡电流方向与故障电流相反，且幅值等于故障电流时，故障电流产生过零点，通流支路可靠关断。
[0018]优选地，同频耦合注入型直流断路器的控制方法，还包括：当电容单元的电压达到预设电压阈值时，耗能支路导通，消耗系统剩余能量。
[0019]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0020]本专利技术提供的同频耦合注入型直流断路器，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，开断支路包括电容单元、同频耦合注入单元，电容单元与同频耦合注入单元串联连接；耗能支路，其与电容单元并联连接；当电力线路未故障时，通流支路导通直流负荷电流；当电力线路出现故障时，同频耦合注入单元在开断过程产生激励电流，将激励电流耦合至通流支路及开断支路构成的回路中并放大回路中激励电流幅值，引发回路中的同频振荡，在通流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。通过引入同频耦合注入单元，使其在开断过程产生激励电流，将激励电流耦合至通流支路及开断支路构成的回路中，
从而使得故障电流产生过零点，可靠关断通流支路。由于同频耦合注入单元电压等级远低于直流断路器额定电压等级，通过引入同频耦合注入单元降低了高压系统中设计难度及绝缘成本，使其容量不再受限，并进一步提高了断路器的灵活性和可靠性，使其适应于高电压等级的电力环境。
[0021]本专利技术提供的同频耦合注入型直流断路器的控制方法，基于第一方面的同频耦合注入型直流断路器，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，控制同频耦合注入单元在开断过程产生激励电流，将激励电流耦合至通流支路及开断支路构成的回路中并放大回路中激励电流幅值，引发回路中的同频振荡，在通流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。通过控制同频耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同频耦合注入型直流断路器，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，所述开断支路包括电容单元、同频耦合注入单元，所述电容单元与所述同频耦合注入单元串联连接；耗能支路，其与所述电容单元并联连接；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故障时，所述同频耦合注入单元在开断过程产生激励电流，将激励电流耦合至所述通流支路及所述开断支路构成的回路中并放大回路中激励电流幅值，引发回路中的同频振荡，在所述通流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。2.根据权利要求1所述的同频耦合注入型直流断路器，其特征在于，所述同频耦合注入单元，包括：耦合电抗器单元、振荡电容单元及激励电压变换单元，其中，所述耦合电抗器单元的原边分别与所述振荡电容单元、所述激励电压变换单元串联连接；所述耦合电抗器单元的副边与所述电容单元串联连接。3.根据权利要求2所述的同频耦合注入型直流断路器，其特征在于，所述激励电压变换单元为桥式电路或模块级联电路。4.根据权利要求3所述的同频耦合注入型直流断路器，其特征在于，所述桥式电路包括第一桥臂单元、第二桥臂单元、第三桥臂单元、第四桥臂单元及桥电容，其中，所述第一桥臂单元的一端与所述第三桥臂单元的一端连接，所述第一桥臂单元的另一端与所述第二桥臂单元的一端连接，所述第二桥臂单元的另一端与所述第四桥臂单元的另一端连接，所述第三桥臂单元的另一端与所述第四桥臂单元的一端的连接，所述桥电容的一端分别与所述第一桥臂单元的一端及所述第三桥臂单元的一端连接，所述桥电容的另一端分别与所述第二桥臂单元的另一端及所述第四桥臂单元的另一端连接，所述第一桥臂单元与所述第二桥臂单元连接线的中点与所述振荡电容单元的一端连接，所述第三桥臂单元与所述第四桥臂单元连接线的中点与所述耦合电抗器单元的原边连接。5.根据权利要求3所述的同频耦合注入型直流断路器，其特征在于，所述模块级联电路包括多个子模块单元，多个所述子模块单元级联连接。6.根据权利要求2所述的同频耦合注入型直流断路器，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李弸智，高冲，孙泽来，陈龙龙，王新颖，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司检修分公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：