基于强迫谐振换流原理的直流断路器制造技术

本申请提供一种基于强迫谐振换流原理的直流断路器，涉及中高压断路器技术领域。该装置包括通流支路、强迫谐振换流支路及控制单元，通流支路与强迫谐振换流支路并联连接；通流支路串联于电力系统中，用于传输电流；通流支路包括机械开关，强迫谐振换流支路包括串联的激励单元及谐振单元，控制单元与机械开关及激励单元连接，用于向机械开关发出分闸动作命令，并控制激励单元与谐振单元共同作用产生谐振电流，以使通流支路中的电流转移至强迫谐振换流支路中。该装置优化了直流断路器拓扑结构，可减少体积和成本，并且提高转移电流和开断故障电流的成功率，实现各个电压等级下全电流工况的快速可靠开断。

【技术实现步骤摘要】
基于强迫谐振换流原理的直流断路器
本申请涉及中高压断路器
，具体而言，涉及一种基于强迫谐振换流原理的直流断路器。
技术介绍
近年来，直流电网技术被认为是现代电力系统中的一项具有很大发展潜力的技术。当直流电力系统发生短路故障时，由于直流电力系统中的短路电流会在很短时间内迅速上升到极高的水平，并且开断直流故障短路电流面临着不存在自然过零点的情况，所以这对直流断路器提出了相应的挑战，即直流断路器需要在很短时间内开断直流故障短路电流，否则将使电网面临随时崩溃的危险。现有的直流断路器包括机械式直流断路器、混合式直流断路器和全固态式直流断路器等。其中，机械式直流断路器又可分为无源振荡技术和有源振荡技术，由于机械式直流断路器使用了电容器，故而存在设备体积很大、在分断小电流工况时需要很长时间的缺点。混合式直流断路器结合了机械开关及电力电子技术，可以利用可关断电力电子器件建立反向电压，其主要缺点是对电力电子器件的控制较为复杂，并且还需配备相应的水冷设备，成本较高。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种基于强迫谐振换流原理的直流断路器，以解决上述问题。第一方面，本申请实施例提供一种基于强迫谐振换流原理的直流断路器，所述装置包括通流支路、强迫谐振换流支路及控制单元，其中，所述通流支路与所述强迫谐振换流支路并联连接；所述通流支路串联于电力系统中，用于传输电流；所述通流支路包括机械开关，所述强迫谐振换流支路包括串联的激励单元及谐振单元，所述控制单元与所述机械开关及激励单元电连接，用于向所述机械开关发出分闸动作命令，并控制所述激励单元与所述谐振单元共同作用产生谐振电流，以使所述通流支路中的电流转移至所述强迫谐振换流支路中。可以理解，控制电源可以与所述机械开关电连接或通信连接，总之，连接方式可按实际需求做出相应选择。本申请实施例中，以电连接作为举例，以便于对方案进行详细阐述。可选地，所述激励单元为多个，多个所述激励单元串联连接，或多个所述激励单元并联连接；所述控制单元用于控制每个所述激励单元的工作状态，以使所述激励单元与所述谐振单元共同作用产生谐振电流。可选地，所述激励单元包括第一连接端、第二连接端、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关及预储能子单元，其中第一至第四开关可以为全控型电力电子器件或者半控型电力电子器件；所述第一开关的一端与所述第一连接端电性连接，所述第一开关的另一端经由所述第三开关与所述第二连接端电性连接；所述第二开关的一端与所述第一连接端电性连接，所述第二开关的另一端经由所述第四开关与所述第二连接端电性连接；所述预储能子单元的一端电性连接于所述第一开关与所述第三开关之间，所述预储能子单元的另一端电性连接于所述第二开关与所述第四开关之间；所述第一连接端与所述通流支路或所述谐振单元或所述第二连接端连接，所述第二连接端与所述通流支路或所述谐振单元或所述第一连接端连接；所述控制单元与所述第一开关、第二开关、第三开关及第四开关电性连接，用于控制所述第一开关、第二开关、第三开关及第四开关的通断状态，以使所述预储能子单元根据所述第一开关、第二开关、第三开关及第四开关的通断状态向所述谐振单元提供电流，以使所述谐振单元作用产生谐振电流。可选地，所述预储能子单元包括预充电电容，所述预充电电容用于根据所述第一开关、第二开关、第三开关及第四开关的通断状态向所述谐振单元提供电流，以使所述谐振单元作用产生谐振电流。可选地，所述预储能子单元包括多个预充电电容及多个选择开关；每个预充电电容的一端经由所述选择开关电性连接于所述第一开关与所述第三开关之间，每个预充电电容的另一端电性连接于所述第二开关与所述第四开关之间；所述控制单元与每个选择开关电性连接，用于控制每个选择开关的通断状态。可选地，所述直流断路器还包括充能单元，所述充能单元与所述控制单元及预储能子单元电性连接，用于根据所述控制单元的控制为所述预储能子单元充能。可选地，所述直流断路器还包括吸能支路，所述吸能支路与所述通流支路并联连接；所述吸能支路包括避雷器，所述避雷器用于限制所述谐振单元作用于所述机械开关两端的电压，以保护所述机械开关。可选地，所述吸能支路包括多个避雷器，所述多个避雷器之间串联连接，或所述多个避雷器之间并联连接。可选地，所述避雷器包括阀型避雷器、管型避雷器或氧化锌避雷器中的至少一种。第二方面，本申请实施例还提供一种电力系统，所述电力系统包括以上实施例中所述的基于强迫谐振换流原理的直流断路器。相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器，采用强迫谐振换流支路中的激励单元配合由电感和电容组成的谐振单元产生幅值逐渐提高的谐振电流，直到增长到与故障电流幅值相当，可以实现双向全区域故障电流的开断。在关断小电流时，只需要产生幅值较小的谐振电流，关断大电流时，产生的谐振电流幅值变大，避免了传统有源振荡换流技术在开断小电流时，由于电流变化率过大而导致机械开关重击穿，从而导致电流开断失败的情况，有利于关断小电流工况的电流开断，提高了小电流工况的关断成功率，减少部件损耗，降低维护成本。所述直流断路器通过控制单元精确地控制各个可控型器件导通和关断，以配合谐振电流的流通方向，当快速机械开关中的动触头运动至满足绝缘要求的开距时，故障电流能够完全从机械开关支路转移至换流支路，从而把燃弧时间缩短到最小。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应该看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的结构示意图之一；图2为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的结构示意图之二；图3为图2所示的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的控制过程示意图之一；图4为图2所示的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的控制过程示意图之二；图5为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的结构示意图之三；图6为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的结构示意图之四；图7是多个激励单元的并联结构示意图；图8为激励单元的结构示意图之一；图9为激励单元的结构示意图之二；图10为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的结构示意图之五；图11为激励单元的结构示意图之三；图12为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的结构示意图之六；图13为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的结构示意图之七；图14为本申请实施例提供的基于强迫谐振换流原理的直流断路器的结构示意图之八；图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于强迫谐振换流原理的直流断路器，其特征在于，包括通流支路、强迫谐振换流支路及控制单元，其中，所述通流支路与所述强迫谐振换流支路并联连接；/n所述通流支路串联于电力系统中，用于传输电流；/n所述通流支路包括机械开关，所述强迫谐振换流支路包括串联的激励单元及谐振单元，所述控制单元与所述机械开关及激励单元连接，用于向所述机械开关发出分闸动作命令，并控制所述激励单元与所述谐振单元共同作用产生谐振电流，以使所述通流支路中的电流转移至所述强迫谐振换流支路中。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于强迫谐振换流原理的直流断路器，其特征在于，包括通流支路、强迫谐振换流支路及控制单元，其中，所述通流支路与所述强迫谐振换流支路并联连接；
所述通流支路串联于电力系统中，用于传输电流；
所述通流支路包括机械开关，所述强迫谐振换流支路包括串联的激励单元及谐振单元，所述控制单元与所述机械开关及激励单元连接，用于向所述机械开关发出分闸动作命令，并控制所述激励单元与所述谐振单元共同作用产生谐振电流，以使所述通流支路中的电流转移至所述强迫谐振换流支路中。


2.如权利要求1所述的直流断路器，其特征在于，所述激励单元为多个，多个所述激励单元串联连接，或多个所述激励单元并联连接；
所述控制单元用于控制每个所述激励单元的工作状态，以使所述激励单元与所述谐振单元共同作用产生谐振电流。


3.如权利要求1或2所述的直流断路器，其特征在于，所述激励单元包括第一连接端、第二连接端、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关及预储能子单元；
所述第一开关的一端与所述第一连接端电性连接，所述第一开关的另一端经由所述第三开关与所述第二连接端电性连接；
所述第二开关的一端与所述第一连接端电性连接，所述第二开关的另一端经由所述第四开关与所述第二连接端电性连接；
所述预储能子单元的一端电性连接于所述第一开关与所述第三开关之间，所述预储能子单元的另一端电性连接于所述第二开关与所述第四开关之间；
所述第一连接端与所述通流支路或所述谐振单元或所述第二连接端连接，所述第二连接端与所述通流支路或所述谐振单元或所述第一连接端连接；
所述控制单元与所述第一开关、第二开关、第三开关及第四开关连接，用于控制所述第一开关、第...

【专利技术属性】
技术研发人员：周雁南，黄瑜珑，刘滨，胡茂良，余占清，曾嵘，
申请(专利权)人：清华四川能源互联网研究院，清华大学，
类型：发明
国别省市：四川;51