一种星型联结转移支路的多端口直流断路器及使用方法技术

本发明专利技术提供一种星型联结转移支路的多端口直流断路器，所述断路器包括三个以上端口；每两个相邻端口之间通过开关支路连接；每个端口均通过一个转移支路与中性点形成联结，其中，中性点为多个转移支路的公共连接点。本发明专利技术的星型联结转移支路的多端口直流断路器，结构紧凑，易于扩展，在不影响开断性能的前提下，可显著降低转移支路固态开关的成本至常规两端口混合式直流断路器组合的一半。端口混合式直流断路器组合的一半。端口混合式直流断路器组合的一半。

【技术实现步骤摘要】
一种星型联结转移支路的多端口直流断路器及使用方法


[0001]本专利技术属于电力领域，特别涉及一种星型联结转移支路的多端口直流断路器及使用方法。

技术介绍

[0002]随着电力技术的发展和节能减排计划的推进，大规模海上风电场将成为未来清洁能源的主要来源，海上风电场往往具有离岸距离远、分布范围广的特点。随着功率器件的发展和海上风电场装机总量的增加，基于电压源型换流站的多端高压直流输电方式成为解决多个海上风电场接入的主流选择。
[0003]在多端柔性直流电网中，通常会存在多条直流线路的交汇点。为确保柔性直流电网运行可靠性，多条直流线路交汇点处也需安装直流断路器。如果这些断路器均采用常规两端口混合式直流断路器，则整个系统的成本将十分昂贵。
[0004]因此，亟需一种结构紧凑、经济便捷的多端口断路器。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术一种星型联结转移支路的多端口直流断路器，所述断路器包括三个以上端口；
[0006]每两个相邻端口之间通过开关支路连接；
[0007]每个端口均通过一个转移支路与中性点形成联结，其中，中性点为多个转移支路的公共连接点。
[0008]进一步地，还包括：
[0009]并联在每个转移支路两端的耗能支路。
[0010]进一步地，所述开关支路包括一个或多个机械开关。
[0011]进一步地，所述机械开关额定电压根据断路器的额定电压确定。
[0012]进一步地，所述开关支路还包括与所述机械开关串联的强迫换流组件。
[0013]进一步地，每个转移支路包括一个或多个串联的双向固态开关模块。
[0014]进一步地，每个转移支路的双向固态开关模块的额定电压之和根据断路器额定电压的一半确定。
[0015]进一步地，所述双向固态开关模块采用反串联结构、全桥结构或二极管桥结构；
[0016]所述双向固态开关模块中的电力电子开关为全控电力电子器件。
[0017]进一步地，所述双向固态开关模块采用二极管桥结构；
[0018]二极管桥结构由五个二极管和一个电力电子开关构成，包括并联的第一二极管支路、第二二极管支路、二极管跨接支路和电力电子开关跨接支路；
[0019]其中，第一二极管支路包括两个反向串联的二极管，且两个二极管的阴极相连接；
[0020]第二二极管支路包括两个反向串联的二极管，且两个二极管的阳极相连接；
[0021]二极管跨接支路和电力电子开关跨接支路均跨接在第一二极管支路和第二二极
管支路之间；
[0022]二极管跨接支路包括一个二极管，该二极管的阴极连接在第一二极管支路的两个二极管的连接点上，阳极连接在第二二极管支路的两个二极管的连接点上；
[0023]电力电子开关跨接支路与二极管跨接支路反向并联，电力电子开关跨接支路包括一个电力电子开关，其一端连接在第一二极管支路的两个二极管的连接点上，另一端连接在第二二极管支路的两个二极管的连接点上。
[0024]本专利技术还提供一种上述星型联结转移支路的多端口直流断路器的使用方法，所述断路器的其中一个端口出现短路故障时，
[0025]向出现故障的端口相邻的两个开关支路的机械开关发送分闸指令，并导通所有转移支路的双向固态开关模块；
[0026]经过一定时间后，通过强迫换流组件或机械开关的断口弧压驱动故障电流从开关支路换流至各个转移支路；
[0027]待机械开关的触头间隙能够承受转移支路的瞬态恢复电压后，关断转移支路中双向固态开关模块，将故障电流从转移支路换流至对应的各个耗能支路。
[0028]本专利技术的星型联结转移支路的多端口直流断路器，结构紧凑，易于扩展，在不影响开断性能的前提下，可显著降低转移支路固态开关的成本至常规两端口混合式直流断路器组合的一半。
[0029]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0030]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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1示出了根据本专利技术实施例的三端口直流断路器的结构示意图；
[0032]图2示出了根据本专利技术实施例的三端口直流断路器正常工作状态的电流情况示意图；
[0033]图3示出了根据本专利技术实施例的三端口直流断路器故障电流转移过程中的电流情况示意图；
[0034]图4示出了根据本专利技术实施例的三端口直流断路器故障工作状态下转移支路承载电流的示意图；
[0035]图5示出了根据本专利技术实施例的三端口直流断路器故障工作状态下耗能支路承载电流的示意图；
[0036]图6示出了根据本专利技术实施例的三端口直流断路器故障切除后的状态示意图；
[0037]图7示出了根据本专利技术实施例的四端口直流断路器的结构示意图。
具体实施方式
[0038]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0039]本专利技术实施例提供星型联结转移支路的多端口直流断路器，具体为一种基于星型联结转移支路的混合式多端口直流断路器(简称星型多端口断路器或断路器)，在不影响开断性能的前提下，可显著降低转移支路固态开关的成本至常规两端口混合式直流断路器组合的一半。
[0040]星型多端口断路器的具有如下拓扑结构：每两个相邻端口之间通过开关支路连接，多个端口通过多条开关支路形成环形回路，即N个端口的断路器有N条开关支路。具体地，每两个相邻端口间均设置一条包括一个或多个机械开关和可选的强迫换流组件串联组成的开关支路，多条开关支路形成回路。而每个端口均通过一个转移支路与中性点形成联结(即星型接法)，其中，中性点为多个转移支路的公共连接点，每个转移支路的一端连接于该中性点，另一端连接于一个对应的端口，每个转移支路对应一个端口。星型多端口断路器还包括并联在每个转移支路两端的耗能支路，即，每个耗能支路连接在中性点和一个对应的端口之间。
[0041]具体的，机械开关可采用真空机械开关或气体机械开关或其组合。转移支路包括双向固态开关模块，双向固态开关模块的电力电子开关可采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、集成门极换流晶闸管(IGCT)和栅极注入增强晶体管(IEGT)等全控电力电子器件，双向拓扑结构可采用反串联结构、全桥结构或二极管桥结构。耗能支路包括金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星型联结转移支路的多端口直流断路器，其特征在于，所述断路器包括三个以上端口；每两个相邻端口之间通过开关支路连接；每个端口均通过一个转移支路与中性点形成联结，其中，中性点为多个转移支路的公共连接点。2.根据权利要求1所述的星型联结转移支路的多端口直流断路器，其特征在于，还包括：并联在每个转移支路两端的耗能支路。3.根据权利要求2所述的星型联结转移支路的多端口直流断路器，其特征在于，所述开关支路包括一个或多个机械开关。4.根据权利要求3所述的星型联结转移支路的多端口直流断路器，其特征在于，所述机械开关额定电压根据断路器的额定电压确定。5.根据权利要求3所述的星型联结转移支路的多端口直流断路器，其特征在于，所述开关支路还包括与所述机械开关串联的强迫换流组件。6.根据权利要求5所述的星型联结转移支路的多端口直流断路器，其特征在于，每个转移支路包括一个或多个串联的双向固态开关模块。7.根据权利要求6所述的星型联结转移支路的多端口直流断路器，其特征在于，每个转移支路的双向固态开关模块的额定电压之和根据断路器额定电压的一半确定。8.根据权利要求6所述的星型联结转移支路的多端口直流断路器，其特征在于，所述双向固态开关模块采用反串联结构、全桥结构或二极管桥结构；所述双向固态开关模块中的电力电子开关为全控电力电子器件。9.根据权利要求5
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8中任一项所述的星型联结转移支路的多端口直流断路器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾嵘，孙长平，甘之正，贾娜，屈鲁，郭明珠，余占清，周兴达，严鑫，唐博进，黄瑜珑，尹立坤，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：