一种高压混合式直流断路器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种高压混合式直流断路器，包括主电流电路、电流转移电路、能量吸收电路、系统接线端J1和J2，还公开了其控制方法，本发明专利技术能显著减小断路器长期通流损耗，加速分断过程中的电流转移速度，提高断路器的分断能力及工作可靠性，适用于高压直流电力系统，当系统出现故障时，断路器能够快速分断，实现系统护保和故障隔离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统故障保护
，具体涉及一种高压混合式直流断路器，以及其控制方法。
技术介绍
随着直流电力系统不断地向高压、大容量方向发展，传统的机械断路器越来越不能满足系统故障保护的需求，混合式直流断路器是直流电力系统故障保护技术发展的新方向。尤其是在高压直流输电领域，由于真正具有短路分断能力高压直流断路器技术的落后，阻碍了高压直流输电系统向多端系统的发展。随着柔性直流输电技术的不断发展，迫切需要能够实现短路电流分断的高压直流断路器。混合式直流断路器的两种基本结构分别是零电流开关和零电压开关。如图1所示，零电流开关通过LC强迫换流电路实现机械开关S电流过零分断，机械开关s电流过零时di/dt很高，导致大电流分断可靠性较低。如图2所示，零电压开关通过机械开关S分断时的电弧电压，实现电流向全控型半导体器件IGBT的转移，然后通过IGBT将电流关断；在高压系统中，机械开关S和IGBT之间回路的杂散电感很大，机械开关S较低的电弧电压难以实现短路电流的快速转移，致使分断失败。西门子公司的混合式断路器专利(W02013/093066A1)和ABB公司的混合式断路器专利(W02011141054A1)均采用机械开关和全控型半导体开关串联作为主电流通路，分断过程中全控型半导体开关关断迫使电流向旁路电容或半导体开关中转移，实现机械开关电流过零分断。由于主电流通路中全控型半导体开关通态压降较大，导致断路器长期导通损耗较大，半导体开关需要额外配置散热设备。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点和不足，本专利技术的目的之一是提供一种高压混合式直流断路器，能显著减小断路器长期通流损耗，加快分断过程中的电流转移速度，提高断路器的分断能力及工作可靠性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种高压混合式直流断路器，包括主电流电路、电流转移电路、能量吸收电路、系统接线端J1和J2，所述的主电流电路、电流转移电路和能量吸收电路并联，并联电路的第一联结端与所述的系统接线端J1连接，并联电路的第二联结端与所述的系统接线端J2连接；所述的主电流电路包括真空开关模块VB和磁场发生电路，所述真空开关模块VB是至少由一个真空开关构成的串并联组件，所述真空开关是基于电磁斥力原理构成的快速真空开关；所述的磁场发生电路是由预充电电容C1、线圈L1和控制开关S1依次串联构成的脉冲磁场回路，所述的真空开关模块VB和磁场发生电路之间没有电气连接关系，所述的线圈L1与所述的真空开关模块VB尽量靠近，线圈L1的法向与真空开关模块VB中电流方向垂直；所述的电流转移电路包括至少由一个半导体开关串并联构成的半导体开关组件T ;所述的能量吸收电路是由多个压敏电阻单元串并联构成的压敏电阻组件MOV。所述的一种高压混合式直流断路器，其磁场发生电路中的控制开关S1接通时，所述的预充电电容C1通过所述的线圈L1放电，所述的线圈L1产生与所述的真空开关模块VB中电流方向垂直的横向磁场B。所述的一种高压混合式直流断路器，其半导体开关组件T由至少一个全控型半导体器件串并联构成，所述的全控型半导体器件为GTO、IGCT或IGBT。所述的一种高压混合式直流断路器，其半导体开关组件T由至少一个半控型半导体器件串并联构成，所述的半控型半导体器件采用晶闸管时，晶闸管两端需要并联强迫关断电路；所述的强迫关断电路由预充电电容C2、电感L2和控制开关S2依次串联构成，所述的控制开关S2为至少由一个晶闸管或真空触发开关串并联构成的开关组件；所述的控制开关S2接通时，所述的预充电电容C2通过所述的电感L2放电产生脉冲大电流，迫使所述的半导体开关组件T电流过零关断。所述的一种高压混合式直流断路器，采用以下任一方式实现双向分断功能: 半导体开关组件T采用全控型半导体器件反向串联组件T1或二极管桥式电路与单相全控型半导体器件构成的组件T2 ; 半导体开关组件T采用晶闸管反向并联组件T3、二极管桥式电路与单相晶闸管构成的组件T4实现断路器的双向分断功能，所述的半导体开关组件T3或T4通过预充电电容、电感与晶闸管桥构成的桥式强迫关断电路T5进行关断。本专利技术的目的之二是提供一种高压混合式直流断路器的控制方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种高压混合式直流断路器的控制方法，包括如下步骤: a)、在高压直流电力系统正常工作阶段，主电流电路中的真空开关模块VB处于闭合状态，导通负载电流； b)、当系统出现短路故障后，真空开关模块VB分断，磁场发生电路导通，产生能显著提高VB分断电弧电压的横向磁场B ; c)、在真空开关模块VB分断的同时，电流转移电路中的半导体开关组件T导通，在真空开关模块VB电弧电压的作用下，电流迅速从真空开关模块VB向半导体开关组件T中转移； d)、电流完全转移至半导体开关组件T之后，延时至真空开关模块VB的触头分开到足够开距时，半导体开关组件T关断； e)、当半导体开关组件T两端电压增加到压敏电阻组件MOV的开通值后，压敏电阻组件MOV导通吸收系统能量并限制过电压，实现对故障电流的限制并最终使其减小为零。本专利技术的有益效果是: 1、长期额定通流损耗小，带负载能力强。2、分断过程电弧电压高，电流转移速度快。3、断路器分断能力强，工作可靠性高。4、断路器容易实现双向分断功能。【附图说明】图1为现有的零电流开关方案的不意图； 图2为现有的零电压开关方案的示意图； 图3为本专利技术的高压混合式直流断路器方案的示意图； 图4为本专利技术具体实施例1中方案的示意图； 图5为本专利技术具体实施例1中的预期分断波形； 图6为本专利技术具体实施例2中方案的示意图； 图7为本专利技术具体实施例2中的预期分断波形； 图8为本专利技术双向半导体开关组件T1的结构示意图； 图9为本专利技术双向半导体开关组件T2的结构示意图； 图10为本专利技术双向半导体开关组件T3的结构示意图； 图11为本专利技术双向半导体开关组件T4的结构示意图； 图12为本专利技术桥式强迫关断电路T5的结构示意图。各附图标记为:1 一主电流电路，2 —电流转移电路，3—能量吸收电路，4磁场发生电路，5—强迫关断电路，J1一系统接线端，J2一系统接线端，S1一控制开关，S2一控制开关。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。参照图3所示，本专利技术公开了一种高压混合式直流断路器，包括主电流电路1、电流转移电路2、能量吸收电路3、系统接线端J1和系统接线端J2，其中: 所述的主电流电路1、电流转移电路2和能量吸收电路3并联，并联电路的第一联结端与所述的系统接线端J1连接，并联电路的第二联结端与所述的系统接线端J2连接； 所述的主电流电路1包括真空开关模块VB和磁场发生电路4，所述真空开关模块VB是至少由一个真空开关构成的串并联组件，所述真空开关是基于电磁斥力原理构成的快速真空开关； 所述的磁场发生电路4是由预充电电容C1、线圈L1和控制开关S1依次串联构成的脉冲磁场回路，所述的真空开关模块VB和磁场发生电路4之间没有电气连接关系，所述的线圈L1与所述的真空开关模块VB尽量靠近，线圈L1的法向与真空开关模块VB中电流方向垂直； 所述的电流转移电路2包括至少由一个半导体开关串并联构成的半导体开关组件T ; 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压混合式直流断路器，包括主电流电路（1）、电流转移电路（2）、能量吸收电路（3）、系统接线端J1和J2，其特征在于：所述的主电流电路（1）、电流转移电路（2）和能量吸收电路（3）并联，并联电路的第一联结端与所述的系统接线端J1连接，并联电路的第二联结端与所述的系统接线端J2连接；所述的主电流电路（1）包括真空开关模块VB和磁场发生电路（4），所述真空开关模块VB是至少由一个真空开关构成的串并联组件，所述真空开关是基于电磁斥力原理构成的快速真空开关；所述的磁场发生电路（4）是由预充电电容C1、线圈L1和控制开关S1依次串联构成的脉冲磁场回路，所述的真空开关模块VB和磁场发生电路（4）之间没有电气连接关系，所述的线圈L1与所述的真空开关模块VB尽量靠近，线圈L1的法向与真空开关模块VB中电流方向垂直；所述的电流转移电路（2）包括至少由一个半导体开关串并联构成的半导体开关组件T；所述的能量吸收电路（3）是由多个压敏电阻单元串并联构成的压敏电阻组件MOV。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭振东，任志刚，杨晨光，姜楠，朱红桥，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一二研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42