一种改进型级联全桥高压直流断路器及其快速重合方法技术

本发明专利技术提供了一种改进型级联全桥高压直流断路器，包括主通流支路、转移电流支路和能量吸收支路；主通流支路包括串联的机械开关和全桥模块电路；转移电流支路包括至少两个串联的全桥模块单元；能量吸收支路包括避雷器；该改进型级联全桥高压直流断路器的快速重合方法，包括步骤1：触发转移电流支路中所有的全桥模块单元；步骤2：若直流断路器重新合闸于故障线路，则闭锁转移电流支路，将故障电流转移至能量吸收支路；若直流断路器重新合闸于健全线路，则触发主通流支路中所有的全桥模块单元并闭合机械开关。与现有技术相比，本发明专利技术提供的一种改进型级联全桥高压直流断路器及其快速重合方法，能够实现级联全桥高压直流断路器在数毫秒内快速重合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种改进型级联全桥高压直流断路器及其快速重合方法。
技术介绍
随着基于电压源换流器(VSC)的多端柔性直流和直流电网技术的开始应用，高压直流断路器成为保证系统稳定安全可靠运行的关键设备之一。混合采用机械开关和全控型电力电子开关直流断路器技术兼具了机械开关的低损耗特性和电力电子开关的快速分断特性，是目前应用高压输电系统中直流分断最为有效的技术途径。高压直流断路器应用于的含有大容量的架空线柔性多端直流和直流电网时，除了具备快速和低损耗等特性外，还应具备强电流分断以及快速重合闸能力。迄今国外已公布研制成功的混合式直流断路器受限制于单个全控器件分断能力，均存在分断电流相对较低的问题(不超过10kA)，难以满足实际系统分断电流需求。国内所提出的级联全桥直流断路器虽然显著提高了自身分断电流能力(达到15kA)，但由于分断完成后各模块单元内部电容储存电压很难快速释放，导致其在快速重合闸应用存在发生直通短路而损坏直流断路器的风险。此外，断路器分断完成后泄露电流相对较大致使断路器内部泄放电阻发热较高的问题，也需要进一步优化。因此，需要提供一种能够有效阻止全桥模块内部直流短路现象发生，实现直流断路器安全可靠的快速重合的级联型全桥高压直流断路器。
技术实现思路
为了满足现有技术的需要，本专利技术提供了一种改进型级联全桥高压直流断路器及其快速重合方法。第一方面，本专利技术中一种改进型级联全桥高压直流断路器的技术方案是：所述直流断路器包括分别并联的主通流支路、转移电流支路和能量吸收支路；所述主通流支路包括串联的机械开关和全桥模块电路，所述全桥模块电路包括1个或者至少2n个全桥模块单元，n至少为1；所述转移电流支路包括至少两个串联的全桥模块单元；所述能量吸收支路包括避雷器。优选的，所述全桥模块单元包括第一电阻、第一电容器、第一二极管和4个全控型电力电子器件；所述4个全控型电力电子器件构成全桥结构的功率模块；所述第一电容器和第一二极管串联后连接于所述功率模块的上桥臂与下桥臂之间；所述第一电阻并联在第一电容器两端；优选的，所述全桥模块单元包括第二电阻、第二电容器、第二二极管和4个全控型电力电子器件；所述4个全控型电力电子器件构成全桥结构的功率模块；所述第二电容器和第二二极管串联后连接于所述功率模块的上桥臂与下桥臂之间；所述第二电阻并联在第二二极管两端；优选的，所述主通流支路中全桥模块电路由至少一个全桥模块并联支路串联组成；所述全桥并联支路由至少一个全桥模块单元并联组成；优选的，所述转移电流支路中全桥模块单元的数量远远大于所述主通流支路中全桥模块单元的数量。第二方面，本专利技术中一种改进型级联全桥高压直流断路器的快速重合方法的技术方案包括：步骤1：触发转移电流支路中所有的全桥模块单元；步骤2：判断所述直流断路器重新合闸于故障线路还是健全线路：若直流断路器重新合闸于故障线路，则闭锁转移电流支路，将故障电流转移至能量吸收支路，所述能量吸收支路的避雷器吸收该故障电流；若直流断路器重新合闸于健全线路，则触发主通流支路中所有的全桥模块单元；触发所述全桥模块单元后闭合主通流支路的机械开关，负荷电流经主通流支路导通。与最接近的现有技术相比，本专利技术的优异效果是：1、本专利技术提供的一种改进型级联全桥高压直流断路器及其快速重合方法，能够实现级联全桥高压直流断路器在数毫秒内快速重合；2、本专利技术提供的一种改进型级联全桥高压直流断路器及其快速重合方法，能够扩展级联全桥直流断路器的应用范围，进一步提高柔性多端及直流电网的运行可靠性和经济性；3、本专利技术提供的一种改进型级联全桥高压直流断路器及其快速重合方法，能够大大降低全桥模块单元中电阻的阻值和功率，有利于其在结构设计中的布置，提高全桥模块单元的运行可靠性；4、本专利技术提供的一种改进型级联全桥高压直流断路器及其快速重合方法，能够降低直流断路器分断完成后，所在故障系统的泄漏电流基本消失，更为可靠的实现健全系统与故障点的隔离。附图说明下面结合附图对本专利技术进一步说明。图1：本专利技术实施例中改进型级联全桥高压直流断路器拓扑结构图；图2：本专利技术实施例中第一种全桥模块单元的拓扑结构图；图3：本专利技术实施例中第二种全桥模块单元的拓扑结构图；图4：全桥模块快速重合放电通路图；图5：图2所示全桥模块单元放电通路图；图6：图3所示全桥模块单元放电通路图；图7：本专利技术实施例中改进型级联全桥高压直流断路器快速重合闸于故障线路的电流通路图；图8：本专利技术实施例中改进型级联全桥高压直流断路器快速重合闸于健全线路的电流通路图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术提供的一种改进型级联全桥高压直流断路器的实施例如图1所示，具体为：该改进型级联全桥高压直流断路器包括分别并联的主通流支路、转移电流支路和能量吸收支路。主通流支路，用于导通负荷电流；转移电流支路，用于在电力系统发生故障时将故障电流转移至能量吸收支路；能量吸收支路，用于消耗吸收故障电流。1、主通流支路本实施例中主通流支路包括串联的机械开关K和全桥模块电路。其中，①：全桥模块电路包括1个或者至少2n个全桥模块单元，n至少为1。②：全桥模块电路由至少一个全桥模块并联支路串联组成；该全桥并联支路由至少一个全桥模块单元并联组成。2、转移电流支路本实施例中转移电流支路包括至少两个串联的全桥模块单元。转移电流支路中全桥模块单元的数量远远大于主通流支路中全桥模块单元的数量。3、能量吸收支路本实施例中能量吸收支路包括避雷器。本实施例中全桥模块单元包括两种拓扑结构：第一种拓扑结构：如图2所示，全桥模块单元包括第一电阻R、第一电容器C、第一二极管D和4个全控型电力电子器件。①：4个全控型电力电子器件构成全桥结构的功率模块；②：第一电容器C和第一二极管D串联后连接于功率模块的上桥臂与下桥臂之间；③：第一电阻R并联在第一电容器C两端。第二种拓扑结构：如图3所示，全桥模块单元包括第二电阻R、第二电容器C、第二二极管D和4个全控型电力电子器件.①：4个全控型电力电子器件构成全桥结构的功率模块；②：第二电容器C和第二二极管D串联后连接于功率模块的上桥臂与下桥臂之间；③：第二电阻R并联在第二二极管D两端。本专利技术提供的改进型级联全桥高压直流断路器的快速重合方法的步骤为：1、触发转移电流支路中所有的全桥模块单元；2、判断直流断路器重新合闸于故障线路还是健全线路：①：若直流断路器重新合闸于故障线路，则闭锁转移电流支路，将故障电流转移至能量吸收支路，如图7所示；②：若直流断路器重新合闸于健全线路，则触发主通流支路中所有的全桥模块单元；触发全桥模块单元后闭合主通流支路的机械开关，负荷电流经主通流支路导通，如图8所示。③：闭锁转移电流支路中的全桥模块单元，在数毫秒内完成直流断路器分断后重合，从而恢复至断路器稳态下状态。本实施例中直流断路器在分断过程中，故障电流经过二极管对转移电流支路各个全桥模块单元的电容器充电，建立暂态分断电压，由于单个二极管通态损耗极低，因此不影响直流断路器分断过程中暂态分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进型级联全桥高压直流断路器，其特征在于，所述直流断路器包括分别并联的主通流支路、转移电流支路和能量吸收支路；所述主通流支路包括串联的机械开关和全桥模块电路，所述全桥模块电路包括1个或者至少2n个全桥模块单元，n至少为1；所述转移电流支路包括至少两个串联的全桥模块单元；所述能量吸收支路包括避雷器。

【技术特征摘要】
1.一种改进型级联全桥高压直流断路器，其特征在于，所述直流断路器包括分别并联的主通流支路、转移电流支路和能量吸收支路；所述主通流支路包括串联的机械开关和全桥模块电路，所述全桥模块电路包括1个或者至少2n个全桥模块单元，n至少为1；所述转移电流支路包括至少两个串联的全桥模块单元；所述能量吸收支路包括避雷器。2.如权利要求1所述的改进型级联全桥高压直流断路器，其特征在于，所述全桥模块单元包括第一电阻、第一电容器、第一二极管和4个全控型电力电子器件；所述4个全控型电力电子器件构成全桥结构的功率模块；所述第一电容器和第一二极管串联后连接于所述功率模块的上桥臂与下桥臂之间；所述第一电阻并联在第一电容器两端。3.如权利要求1所述的改进型级联全桥高压直流断路器，其特征在于，所述全桥模块单元包括第二电阻、第二电容器、第二二极管和4个全控型电力电子器件；所述4个全控型电力电子器件构成全桥结构的功率模块；所述第二电容器和第二二极管串联后连接于所述功率模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏晓光，周万迪，贺之渊，张升，刘远，高阳，陈龙龙，杨兵建，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京;11