一种阻感限流型混合式高压直流断路器拓扑及其控制方法技术

一种阻感限流型混合式高压直流断路器拓扑及其控制方法。该拓扑结构的载流支路由UFD和负荷转移开关LCS串联构成，两端分别与直流线路接口相连；换相支路总共四组，分成两对，每组换相支路由晶闸管和多个二极管串联而成；转移支路由IGBT和晶闸管串联而成；限流支路是由三条并联分支路组成，包含一条由晶闸管和多个二极管串联再反并联晶闸管同时又与电容串联的分支路，一条反并联晶闸管分支路，一条由电感并联电阻再与晶闸管串联的分支路；充电支路由电容与晶闸管串联接地而成；开断支路由IGBT和金属氧化避雷器MOA并联而成。基于晶闸管换相配合，在满足耐压、耐流的特性下，减少了晶闸管大量的使用，降低了成本。降低了成本。降低了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种阻感限流型混合式高压直流断路器拓扑及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电气设备领域，具体涉及一种基于晶闸管换相配合的阻感限流型混合式 高压直流断路器。

技术介绍

[0002]随着可再生能源的比例不断增长，对现有的电力系统产生了极大的影响，特别是对 传统的高压交流输电产生巨大的挑战。由于可再生能源的间歇性和波动性，传统的高压 交流输电依然不能完全胜任输电要求。相比于传统高压交流输电，高压直流输电具有响 应速度快、损耗低、稳定性好等诸多优势，近些年得到迅速发展。但是直流输电存在低 阻抗和低惯量的特性，导致故障发生时，电流在极短的时间内迅速上升，若不及时清除 故障将会严重危及电力系统。传统的混合式高压直流断路器存在着故障清除速度慢、限 流效果差、寿命短、成本高等一系列缺陷。
[0003]针对上述传统混合式高压直流断路器的问题，本专利技术提出一种基于晶闸管换相配合 的阻感限流型混合式高压直流断路器拓扑及其控制方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种阻感限流型混合式高压直流断路器拓扑及其控制方法，基于晶闸管 换相配合，在满足耐压、耐流的特性下，减少了晶闸管大量的使用，降低了成本。
[0005]一种阻感限流型混合式高压直流断路器拓扑，包括：载流支路、换相支路、转移支 路、限流支路、充电支路、开断支路；
[0006]所述载流支路，两端分别与直流线路接口相连，同时载流支路串联机械开关UFD和 负荷转移开关LCS，其中负荷转移开关LCS是由两组IGBT反串联而成；
[0007]所述换相支路，总共四组，每组换相支路由晶闸管和若干个二极管串联而成，四组 换相支路按电流出口向上方向排列并分均在两侧，同侧换相支路首尾相连，异侧换相支 路直接相连，同时每侧首尾相连处分别接在直流线路对应接口，整个换相支路构成桥式 结构；
[0008]所述转移支路，由若干个IGBT组和晶闸管串联而成，并联接在换相支路的桥式结构 内部；
[0009]所述限流支路，与转移支路并联，由三条并联分支路组成，第一条分支为一条由晶 闸管和多个二极管串联再反并联晶闸管同时又与电容串联的分支路，第二条分支为一条 反并联晶闸管分支路，第三条分支为一条由电感并联电阻再与晶闸管串联的分支路；
[0010]所述充电支路，由电容与晶闸管串联接地构成，接在第一条限流支路的电容上端；
[0011]所述开断支路，由IGBT组T8和金属氧化避雷器MOA并联而成，串联接在限流支 路上，同时与限流支路串联后并联接在换相支路桥式内部。
[0012]优先的是，本专利技术的换相支路共四组，分别为Q1、Q2、Q3、Q4，每组换相支路和限 流支路所串联的二极管的数量需按实际最大电压、电流决定。
[0013]优先的是，本专利技术的转移支路中IGBT组T3和晶闸管T2串联，再与开断支路IGBT 组T8形成电流通路。
[0014]优先的是，本专利技术的充电支路接在第一条限流支路的电容C1上端，再串联电容C2和晶闸管T9接地，充电支路电容C2承压大小需按限流支路电容C1承压大小决定。
[0015]优先的是，本专利技术的限流支路第三条分支路中电感L1和电阻R1并联同时与晶闸管 T7串联，并且第二条分支路晶闸管T6反并联在第三条支路上构成旁路回路，而第一条分 支路晶闸管T4自然关断后，晶闸管T5和电容C1串联与第三条支路构成泄能回路。
[0016]基于本专利技术的阻感限流型混合式高压直流断路器拓扑的控制方法，断路器工作在以 下三种方式：
[0017]若放置在直流输电线路左端，即电流方向是向右的，首先对断路器电容进行预充电， 导通换相支路Q1、转移支路中的IGBT组T3和晶闸管T2、充电支路中的晶闸管T9，充电 完成后换相支路Q1和晶闸管T9自然关断；
[0018]故障清除方式：当检测到异常电流时，向断路器发送故障清除命令，立即导通断路 器换相支路Q1和换相支路Q4、转移支路的晶闸管T2、开断支路的IGBT组T8，关断载 流支路，电流从载流支路迅速转移至转移支路，同时快速分闸机械开关K1，待达到额定 开距后完成分闸；继续导通限流支路第一条分支路的晶闸管T4，电容C1开始放电，晶闸 管T2承受反压后关断，电流转移到限流支路第一条分支，电容C1开始反向充电，在正向 电压的作用下导通晶闸管T7，投入限流电感L1和电阻R1，此时由于电容C1充电电流逐 渐减小至晶闸管T4自然关断，电流逐渐转移到限流支路第三条分支；待限流完全投入之 后，此时若系统故障判定完成，断路器接受到故障清除命令，则关断开断支路的IGBT 组T8投入MOA进行分断，同时导通限流支路第二条分支T6将电感电阻进行旁路，由于 MOA的非线性特征，电流迅速减小，当电流降至零时，MOA呈现高阻状态，故障清除 完成；为释放限流支路被旁路电感和电阻能量，导通限流支路第二条分支的晶闸管T5投 入电容C1，此时晶闸管T6承受已被反向充电的电容C1的反压而关断，限流支路第一条 分支的晶闸管T5和电容C1串联第三条分支构成泄能回路；
[0019]限流恢复方式：若系统判断不需要故障清除，需进行电流恢复，断路器接受限流恢 复命令后，导通转移支路的晶闸管T2和限流支路第二条分支的晶闸管T6，将限流支路电 感和电阻旁路，电流从限流支路第三条分支转移到转移支路；然后合闸UFD，待合闸完 成后导通载流支路，关断转移支路的IGBT组T3，此时电流已经完全恢复至载流支路， 之后导通限流支路第二条分支的晶闸管T5投入电容C1对电感进行泄能；
[0020]检修断电方式：若线路需要检修断电，系统对断路器发送线路检修命令，断路器在 电流转移至转移支路后，无需进行限流，直接待UFD分闸完成，关断分断支路的IGBT 组T8投入MOA进行分断过程。
[0021]本专利技术采用上述技术方案，与现有技术想不具有如下优点：
[0022]1、本专利技术的限流支路第三条分支采用限流电抗和限流电阻并联，抑制电流上升；第 二条分支增加一组晶闸管T6构成回路将限流电感和电阻旁路，减轻MOA耗能的负担，延 长MOA的使用寿命；第一条分支电容C1和晶闸管T5串联给限流电感电阻提供泄能回路。
[0023]2、本专利技术的转移支路串联IGBT组T3和晶闸管T2，不仅可以为故障切除提供电流转 移通路，而且为限流恢复提供临时可控的通路。
[0024]3、本专利技术的充电支路使用晶闸管和电容C2接地，改变C2大小可以灵活改变C1的电压， 以适应断路器实际要求。
[0025]4、本专利技术的换相支路和限流支路采用晶闸管串联二极管组来代替传统纯晶闸管组， 在满足耐压、耐流的特性下，减少了晶闸管大量的使用，降低了成本。
[0026]5、工作方式有三种：应对异常电流，有故障清除方式和限流恢复方式；应对正常状 态需检修断电，有检修断电方式；此断路器的三种工作方式能灵活应对直流输电工程的 基本工作要求。
附图说明
[0027]图1为本专利技术电路拓扑示意图。
[0028]图2为本专利技术正常运行时电流回路示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻感限流型混合式高压直流断路器拓扑，包括：载流支路、换相支路、转移支路、限流支路、充电支路、开断支路；所述载流支路，两端分别与直流线路接口相连，同时载流支路串联机械开关UFD和负荷转移开关LCS，其中负荷转移开关LCS是由两组IGBT反串联而成；所述换相支路，总共四组，每组换相支路由晶闸管和若干个二极管串联而成，四组换相支路按电流出口向上方向排列并分均在两侧，同侧换相支路首尾相连，异侧换相支路直接相连，同时每侧首尾相连处分别接在直流线路对应接口，整个换相支路构成桥式结构；所述转移支路，由若干个IGBT组和晶闸管串联而成，并联接在换相支路的桥式结构内部；所述限流支路，与转移支路并联，由三条并联分支路组成，第一条分支为一条由晶闸管和多个二极管串联再反并联晶闸管同时又与电容串联的分支路，第二条分支为一条反并联晶闸管分支路，第三条分支为一条由电感并联电阻再与晶闸管串联的分支路；所述充电支路，由电容与晶闸管串联接地构成，接在第一条限流支路的电容上端；所述开断支路，由IGBT组T8和金属氧化避雷器MOA并联而成，串联接在限流支路上，同时与限流支路串联后并联接在换相支路桥式内部。2.根据权利要求1所述的阻感限流型混合式高压直流断路器拓扑，其特征在于，换相支路共四组，分别为Q1、Q2、Q3、Q4，每组换相支路和限流支路所串联的二极管的数量需按实际最大电压、电流决定。3.根据权利要求1所述的阻感限流型混合式高压直流断路器拓扑，其特征在于，转移支路中IGBT组T3和晶闸管T2串联，再与开断支路IGBT组T8形成电流通路。4.根据权利要求1所述的阻感限流型混合式高压直流断路器拓扑，其特征在于，充电支路接在第一条限流支路的电容C1上端，再串联电容C2和晶闸管T9接地，充电支路电容C2承压大小需按限流支路电容C1承压大小决定。5.根据权利要求1所述的阻感限流型混合式高压直流断路器拓扑，其特征在于，限流支路第三条分支路中电感L1和电阻R1并联同时与晶闸管T7串联，并且第二条分支路晶闸管T6反并联在第三条支路上构成旁路回路，而第一条分支路晶闸管T4自然关断后，晶闸管T5和电容C1串联与第三条支路构成泄能回路。6.根据权利要求1
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5任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红艳，顾义标，周蒙恩，刘柏岑，宋国辉，刘祚松，钱阳，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：