本发明专利技术公开一种适用于中压直流系统的直流断路器及控制方法，涉及直流断路器领域。本发明专利技术的辅助换流模块既可以换流，又可以代替传统拓扑方案中的一部分双向电力电子开关承受静态直流系统电压，减少了双向电力电子开关中全控型电力电子开关器件的串联数量，降低了成本，提高了混合式直流断路器的技术经济性。且辅助换流模块可以根据主支路的电流方向实现有选择性的电容放电，从而快速可靠地实现主支路的电流转移，不仅提高了主支路故障电流的换流速度，还降低了快速机械开关对于熄弧后绝缘强度恢复的速度要求，提高了混合式直流断路器的整体可靠性。的整体可靠性。的整体可靠性。
【技术实现步骤摘要】
一种适用于中压直流系统的直流断路器及控制方法
[0001]本专利技术涉及直流断路器领域，特别是涉及一种适用于中压直流系统的直流断路器及控制方法。
技术介绍
[0002]中压柔性直流技术在新能源并网、电网柔性互联、智能输配电、提高供电可靠性等方面具有特殊优势，尤其对于新型电力系统，采用基于中压柔性直流技术的输配电方案会带来较大的技术优势和经济效益。
[0003]柔性直流系统在发生直流线路故障时，故障电流会迅速发展，数个毫秒就会超过电力电子器件的耐受能力。由于基于半桥子模块(ModularMultilevel Converter，MMC)的柔性直流系统无法利用闭锁换流器的方法来限制短路电流，为了保障直流电网中关键电力电子装备的安全可靠运行，必须依靠直流断路器在很短时间内清除直流侧故障。
[0004]由于直流系统中电流不存在自然过零点，无法直接应用交流断路器中成熟的灭弧技术，并且在开断故障电流时需要吸收系统中庞大的感性能量，使得直流断路器长期成为直流故障保护领域中的研究热点。目前，直流断路器的研究方向主要为直流分断和过电压抑制，其中直流分断难题成为阻碍直流组网的最大技术瓶颈。另外，直流断路器的技术经济性也成为制约直流电网向更大容量推广应用的瓶颈问题。
[0005]中压大容量直流断路器是中压直流系统快速限制并切断故障电流的关键装备。混合式直流断路器凭借其通态损耗低、控制灵活、成本适中等优点，成为中压直流断路器的主要发展方向。但是，由于中压直流系统对直流断路器提出了低造价成本、小空间尺度、高开断性能多种适应性新需求，中压混合式直流断路器的技术路线并不同于高压混合式直流断路器。
[0006]因此，研究一种适用于中压直流系统的直流断路器拓扑方案，以满足中压直流系统对直流断路器提出的多种适应性新需求，对实现可靠直流分断与过电压抑制的同时，提高直流断路器装备技术经济性具有重要意义。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是提供一种适用于中压直流系统的直流断路器及控制方法，可提高混合式直流断路器的技术经济性和整体可靠性。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0009]一种适用于中压直流系统的直流断路器，包括：主支路、辅助换流模块、双向电力电子开关和耗能支路；
[0010]主支路串联在直流传输线路中；
[0011]主支路的输入端与辅助换流模块的输入端连接，主支路的输出端分别与双向电力电子开关的输出端和耗能支路的输出端连接；
[0012]辅助换流模块的输出端分别与双向电力电子开关的输入端和耗能支路的输入端
连接。
[0013]可选的，所述主支路包括：永磁斥力机构型快速机械开关。
[0014]可选的，所述辅助换流模块包括：第一晶闸管(2)、第二晶闸管(3)、第三晶闸管(4)、第四晶闸管(5)、预充电电容(6)和旁路二极管(7)；
[0015]第一晶闸管(2)的阴极分别与第三晶闸管(4)的阴极、预充电电容(6)的负极和旁路二极管(7)的阳极连接，第一晶闸管(2)的阳极与第二晶闸管(3)的阴极连接；第一晶闸管(2)的阳极与第二晶闸管(3)的阴极连接线上的一点作为辅助换流模块的输入端；
[0016]第二晶闸管(3)的阳极分别与第四晶闸管(5)的阳极、预充电电容(6)的正极和旁路二极管(7)的阴极连接；
[0017]第三晶闸管(4)的阳极与第四晶闸管(5)的阴极连接；第三晶闸管(4)的阳极与第四晶闸管(5)的阴极连接线上的一点作为辅助换流模块的输出端。
[0018]可选的，所述双向电力电子开关包括：多个串联的电力电子开关模块；
[0019]所述电力电子开关模块包括第一二极管(8)、第二二极管(9)、第三二极管(10)、第四二极管(11)、全控型电力电子开关器件(12)和反并联二极管(13)；
[0020]第一二极管(8)的阴极分别与第三二极管(10)的阴极、全控型电力电子开关器件(12)的集电极和反并联二极管(13)的阴极连接，第一二极管(8)的阳极与第二二极管(9)的阴极连接；第一二极管(8)的阳极与第二二极管(9)的阴极连接线上的一点作为电力电子开关模块的输入端；
[0021]第二二极管(9)的阳极分别与第四二极管(11)的阳极、全控型电力电子开关器件(12)的发射极和反并联二极管(13)的阳极连接；
[0022]第三二极管(10)的阳极与第四二极管(11)的阴极连接；第三二极管(10)的阳极与第四二极管(11)的阴极连接线上的一点作为电力电子开关模块的输出端。
[0023]可选的，第一晶闸管(2)、第二晶闸管(3)、第三晶闸管(4)、第四晶闸管(5)和全控型电力电子开关器件(12)均并联有缓冲电路、保护电路和均压电路。
[0024]可选的，所述耗能支路包括：金属氧化物压敏电阻。
[0025]一种适用于中压直流系统的直流断路器的控制方法，包括：
[0026]直流系统正常运行时，直流断路器处于导通状态，控制主支路合闸，辅助换流模块和双向电力电子开关均关断，耗能支路不动作；
[0027]直流系统发生直流侧短路故障后，控制主支路分闸，辅助换流模块和双向电力电子开关均导通，使得故障电流从主支路转移至辅助换流模块与双向电力电力开关构成的串联支路；
[0028]待主支路的绝缘强度恢复完成，控制双向电力电子开关关断，使故障电流转移至耗能支路，同时控制耗能支路动作以消耗直流系统中的感性能量；
[0029]待直流系统电流逐渐衰减至电流阈值时，辅助换流模块自动关断。
[0030]可选的，所述直流系统发生直流侧短路故障后，控制主支路分闸，辅助换流模块和双向电力电子开关均导通，使得故障电流从主支路转移至辅助换流模块与双向电力电力开关构成的串联支路，具体包括：
[0031]直流系统线路发生直流侧短路故障后，直流系统的故障电流一直上升，直至故障电流上升至电流保护阈值，向直流断路器下达分闸指令；
[0032]根据所述分闸指令，控制主支路的永磁斥力机构型快速机械开关的动静触头分离，动静触头的绝缘开距逐渐拉开；
[0033]根据直流系统短路电流的方向，依次向辅助换流模块中的晶闸管与双向电力电子开关中的全控性电力电子开关器件发送触发信号；
[0034]辅助换流模块中的预充电电容与主支路的永磁斥力机构型快速机械开关形成闭合回路并放电；
[0035]主支路的永磁斥力机构型快速机械开关在电流过零后熄弧，直流断路器端口承受预充电电容剩余的负压；
[0036]辅助换流模块中的预充电电容沿短路电流方向继续放电，直至预充电电容电压放电至0V，辅助换流模块中的旁路二极管导通。
[0037]可选的，所述根据直流系统短路电流的方向，依次向辅助换流模块中的晶闸管与双向电力电子开关中的全控性电力电子开关器件发送触发信号，具体包括：
[0038]实时监测主支路中短路电流的方向；
[0039]若短路电流的方向为正向，则导本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种适用于中压直流系统的直流断路器，其特征在于，包括：主支路、辅助换流模块、双向电力电子开关和耗能支路；主支路串联在直流传输线路中；主支路的输入端与辅助换流模块的输入端连接，主支路的输出端分别与双向电力电子开关的输出端和耗能支路的输出端连接；辅助换流模块的输出端分别与双向电力电子开关的输入端和耗能支路的输入端连接。2.根据权利要求1所述的适用于中压直流系统的直流断路器，其特征在于，所述主支路包括：永磁斥力机构型快速机械开关。3.根据权利要求1所述的适用于中压直流系统的直流断路器，其特征在于，所述辅助换流模块包括：第一晶闸管(2)、第二晶闸管(3)、第三晶闸管(4)、第四晶闸管(5)、预充电电容(6)和旁路二极管(7)；第一晶闸管(2)的阴极分别与第三晶闸管(4)的阴极、预充电电容(6)的负极和旁路二极管(7)的阳极连接，第一晶闸管(2)的阳极与第二晶闸管(3)的阴极连接；第一晶闸管(2)的阳极与第二晶闸管(3)的阴极连接线上的一点作为辅助换流模块的输入端；第二晶闸管(3)的阳极分别与第四晶闸管(5)的阳极、预充电电容(6)的正极和旁路二极管(7)的阴极连接；第三晶闸管(4)的阳极与第四晶闸管(5)的阴极连接；第三晶闸管(4)的阳极与第四晶闸管(5)的阴极连接线上的一点作为辅助换流模块的输出端。4.根据权利要求3所述的适用于中压直流系统的直流断路器，其特征在于，所述双向电力电子开关包括：多个串联的电力电子开关模块；所述电力电子开关模块包括第一二极管(8)、第二二极管(9)、第三二极管(10)、第四二极管(11)、全控型电力电子开关器件(12)和反并联二极管(13)；第一二极管(8)的阴极分别与第三二极管(10)的阴极、全控型电力电子开关器件(12)的集电极和反并联二极管(13)的阴极连接，第一二极管(8)的阳极与第二二极管(9)的阴极连接；第一二极管(8)的阳极与第二二极管(9)的阴极连接线上的一点作为电力电子开关模块的输入端；第二二极管(9)的阳极分别与第四二极管(11)的阳极、全控型电力电子开关器件(12)的发射极和反并联二极管(13)的阳极连接；第三二极管(10)的阳极与第四二极管(11)的阴极连接；第三二极管(10)的阳极与第四二极管(11)的阴极连接线上的一点作为电力电子开关模块的输出端。5.根据权利要求4所述的适用于中压直流系统的直流断路器，其特征在于，第一晶闸管(2)、第二晶闸管(3)、第三晶闸管(4)、第四晶闸管(5)和全控型电力电子开关器件(12)均并联有缓冲电路、保护电路和均压电路。6.根据权利要求1所述的适用于中压直流系统的直流断路器，其特征在于，所述耗能...
【专利技术属性】
技术研发人员：张翔宇，单天培，齐磊，刘珂鑫，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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