基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器制造技术

本发明专利技术公开了基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器，其中，主通流支路在正常运行时双向承载电流且故障情况下关断故障电流实现机械开关的无弧分断，电流注入支路一端连接电力电子器件远离机械开关的一侧，另一端连接机械开关远离电力电子器件的一侧以产生与所述故障电流相抵消的振荡电流、生成机械开关的电流零点辅助换流并建立耗能支路的触发电压，电流注入支路包括串联的反并联晶闸管组合、电容C

【技术实现步骤摘要】
基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器


[0001]本专利技术涉及中高压直流系统输电、配电与用电领域，特别是一种基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器。

技术介绍

[0002]直流输电系统具有线路阻抗低、时间常数小、短路电流上升速率快、短路电流峰值高的特点。具有快速开断和限流功能的直流断路器已成为直流输电系统安全运行的关键设备，在直流输电系统的工程应用中起着至关重要的作用。考虑到断路时间、制造成本和通态损耗等因素，直流电网工程中采用的直流断路器主要是机械式直流断路器和混合式直流断路器。
[0003]机械式直流断路器具有传导损耗低、开断能力强、成本低等优点，其关键是为机械开关制造类似于交流零点的开断环境。然而机械式直流断路器在断开时产生的电弧易损伤触头，且需考虑TIV的弧后绝缘恢复，可能存在电弧重燃的问题。在故障次数较多需重复开断的情况下，对机械开关的性能要求较高，无法实现长期可靠使用。混合式直流断路器结合了机械式直流断路器和固态直流断路器的优点，采用机械开关承载正常负载电流，电力电子开关中断故障电流，在保证断路容量和动作速度的前提下，大大降低了直流断路器的通态损耗。
[0004]然而，由于混合式直流断路器的关键在于依靠电力电子器件承载并最终关断大电流，因此电力电子器件在关断时将承受较大的暂态应力。当故障电流较大时，甚至可能使电力电子器件超出其安全工作区而导致关断失败，这就对电力电子器件可靠性与耐用性提出了较高的要求。
[0005]在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术存在的不足或缺陷，结合了传统机械式直流断路器与传统混合式直流断路器的关键技术：通过预充电振荡法为开关创造“人工电流过零点”的开断环境，并通过电力电子器件的零电流关断强制故障电流换流，提供了一种基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器，实现机械开关在“零电压零电流”条件下无弧分断的同时，实现了电力电子器件的零电流关断，降低了其关断时的暂态应力。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现。
[0008]一种基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器包括，
[0009]主通流支路，其在正常运行时双向承载电流且故障情况下关断故障电流实现机械开关的无弧分断，所述主通流支路包括串联的隔离断路器、限流电感、双向通流的负载转移开关和机械开关，其中，负载转移开关由多个电力电子器件构成，机械开关为断路器或隔离开关；
[0010]电流注入支路，其一端连接电力电子器件远离机械开关的一侧，另一端连接机械开关远离电力电子器件的一侧以产生与所述故障电流相抵消的振荡电流、生成机械开关的电流零点辅助换流并建立耗能支路的触发电压，电流注入支路包括串联的反并联晶闸管组合、电容C
p
和电感L
p
，反并联晶闸管组合包括一对反并联晶闸管T1、晶闸管T2；
[0011]耗能支路，其一端连接电力电子器件远离机械开关的一侧，另一端连接于电容C
p
和电感L
p
之间以切除短路电流并耗散能量；
[0012]换流支路，其一端连接电力电子器件远离机械开关的一侧，另一端连接机械开关远离电力电子器件的一侧为故障电流的转移提供通路以及振荡实现电容电压极性的反向，换流支路包括串联的若干个具备双向导通性和关断能力的电力电子模块结构单元SM，电力电子模块结构单元SM由不同电力电子器件的多种拓扑结构实现。
[0013]所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器中，电流注入支路通过控制不同方向的反并联晶闸管T1、晶闸管T2导通以控制故障电流流入的方向，实现对电容C
p
的双向可控充电。
[0014]所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器中，所述机械开关包括由一个或者多个断口串并联组成的断口。
[0015]所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器中，所述断口包括真空断口或气体断口。
[0016]所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器中，气体断口包括N2、空气、H2断口。
[0017]所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器中，所述耗能支路包括金属氧化物可变电阻MOV。
[0018]所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器中，系统正常运行前，闭合机械开关，再触发电流注入支路的反并联晶闸管组合中的一个，接着闭合隔离断路器，直流系统对电流注入支路电容充电，达到目标电压后，导通主通流支路的电力电子器件，系统电流转移至主通流支路，通过电流注入支路的电流将逐渐衰减为0，电流注入支路晶闸管自然关断，此时直流系统开始正常运行，电容预充电完成。
[0019]所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器中，电容预充电完成后，导通电流注入支路中的反并联晶闸管组合中的另一个，换流支路与主通流支路形成回路，电容与电感开始振荡，半个周期的振荡后电流为零，电流注入支路中的反并联晶闸管组合中的另一个自然关断，此时电容电压极性达到反向最大，电容电压极性完成反向。
[0020]所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器中，在故障情况下，首先触发电流注入支路反并联晶闸管组合中的一个，向主通流支路注入与故障电流反向的振荡电流，主通流支路电力电子器件关断后，故障电流转移至电流注入支路；故障电流给电容反向充电至目标电压后导通换流支路与故障电流方向相同的电力电子器件，故障电流将自然转移至换流支路，此时故障电流对电容的自充电过程完成。
[0021]所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器中，在故障情况下，将电流注入支路谐振产生的振荡电流注入其他支路，使电流矢量和抵消为零，使机械开关在零电压零电流条件下无弧分断的同时，电力电子器件在零电流时关断。
[0022]直流输电系统包括所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器。
[0023]有益效果
[0024]本专利技术通过振荡支路创造电流过零点以及依靠电力电子器件实现自然换相与强制换相，在实现机械开关在“零电压零电流”条件下无弧分断的同时，实现了电力电子器件的零电流关断。拓扑内的全控器件与传统混合式直流断路器中的全控器件相比，其关断时承受的暂态应力得到显著降低。
[0025]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使得本专利技术的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本专利技术的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
[0026]通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本专利技术各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器，其特征在于，其包括，主通流支路，其在正常运行时双向承载电流且故障情况下关断故障电流实现机械开关的无弧分断，所述主通流支路包括串联的隔离断路器、限流电感、双向通流的负载转移开关和机械开关，其中，负载转移开关由多个电力电子器件构成，机械开关为断路器或隔离开关；电流注入支路，其一端连接电力电子器件远离机械开关的一侧，另一端连接机械开关远离电力电子器件的一侧以产生与所述故障电流相抵消的振荡电流、生成机械开关的电流零点辅助换流并建立耗能支路的触发电压，电流注入支路包括串联的反并联晶闸管组合、电容C
p
和电感L
p
，反并联晶闸管组合包括一对反并联晶闸管T1、晶闸管T2；耗能支路，其一端连接电力电子器件远离机械开关的一侧，另一端连接于电容C
p
和电感L
p
之间以切除短路电流并耗散能量；换流支路，其一端连接电力电子器件远离机械开关的一侧，另一端连接机械开关远离电力电子器件的一侧为故障电流的转移提供通路以及振荡实现电容电压极性的反向，换流支路包括串联的若干个具备双向导通性和关断能力的电力电子模块结构单元SM，电力电子模块结构单元SM由不同电力电子器件的多种拓扑结构实现。2.根据权利要求1所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器，其特征在于，优选的，电流注入支路通过控制不同方向的反并联晶闸管T1、晶闸管T2导通以控制故障电流流入的方向，实现对电容C
p
的双向可控充电。3.根据权利要求1所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器，其特征在于：所述机械开关包括由一个或者多个断口串并联组成的断口。4.根据权利要求3所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器，其特征在于：所述断口包括真空断口或气体断口，气体断口包括N2、空气、H2断口。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞磊，常诗扬，张乔根，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：