一种电容自取能辅助关断混合式直流断路器及其应用方法技术

本发明专利技术公开了一种电容自取能辅助关断混合式直流断路器及其应用方法，包括：开断支路与通流支路并联连接，接地支路的第一端与开断支路连接，接地支路的第二端接地。直流系统稳态运行时，通流支路导通直流系统稳态运行电流，直流系统故障时，由开断支路内部自取能电容辅助电力电子器件实现故障电流开断。容辅助电力电子器件实现故障电流开断。容辅助电力电子器件实现故障电流开断。

【技术实现步骤摘要】
一种电容自取能辅助关断混合式直流断路器及其应用方法


[0001]本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种电容自取能辅助关断混合式直流断路器及其应用方法。

技术介绍

[0002]高压直流断路器是多端及直流电网构建的核心设备之一，其技术经济性直接影响了直流电网应用的灵活性与广泛性。混合式高压直流断路器是当前高压直流开断的主流技术路线，其损耗低、开断能力强、应用与扩展性灵活。然而，混合式直流断路器采用由大量全控型IGBT器件构成，一方面其开断性能受限于单个器件开断电流水平，进一步提升存在瓶颈，同时也造成设备整体成本高昂。此外，为保障大量的分散布置于高电位的全控IGBT可靠工作，还需要配置复杂的供能系统，需解决对地及内部高达数百kV的过电压隔离问题，进一步增大了设备整体占地与成本，制约了整体工作的可靠性。

技术实现思路

[0003]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的混合式高压直流断路器技术开断能力受限、单台成本相对高昂、供能系统设计复杂等问题，，从而提供一种电容自取能辅助关断混合式直流断路器及其应用方法。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供一种电容自取能辅助关断混合式直流断路器，直流断路器的电容从直流系统取能辅助电力电子器件实现故障电流关断。
[0006]在一实施例中，直流断路器包括：通流支路、开断支路及接地支路，其中，通流支路与开断支路并联连接，接地支路的第一端与开断支路连接，接地支路的第二端接地。
[0007]在一实施例中，通流支路包括：串联连接的机械开关及换流单元，其中，换流单元由全控器件反向串联构成，或者由基于全控器件的桥式模块构成，或者由电磁耦合组件构成。
[0008]在一实施例中，电磁耦合组件由第一电容、耦合电抗、第一晶闸管、第一二极管构成，其中，耦合电抗，其一次侧的第一端与机械开关的一端连接，其一次侧的第二端与直流系统连接，其二次侧的第一端通过第一电容与第一晶闸管的第一端连接，其二次侧的第二端与第一晶闸管的第二端连接；第一晶闸管与第一二极管反向并联连接。
[0009]在一实施例中，开断支路包括：基于二极管串联阀构成的全桥电路及开断模块支路，其中，全桥电路的上桥臂与下桥臂反向并联连接后与通流支路并联连接；开断模块支路的第一端与全桥电路的上桥臂的中点连接，开断模块支路的第二端与全桥电路的下桥臂的中点连接，开断模块支路的第二端还通过接地支路接地。
[0010]在一实施例中，开断模块支路包括：至少一个开断模块单元；当开断模块支路包括至少一个开断模块单元时，开断模块单元包括并联连接的IGCT支路、辅助关断支路、耗能支路；或者，当开断模块支路具有多个开断模块单元时，开断模块单元包括并联连接的IGCT支
路、辅助关断支路，全部开断模块单元还共同包含同一个耗能支路，该耗能支路的两端分别与全桥电路的上桥臂的中点、下桥臂的中点对应连接。
[0011]在一实施例中，辅助关断支路包括：至少一个第二晶闸管、至少一个第二电容、至少一个电感、至少一个第三晶闸管，其中，第二晶闸管、第二电容、电感串联连接，第三晶闸管与第二电容和电感串联连接后构成的串联电路并联连接；或者，辅助关断支路包括：至少一个第二二极管、至少一个第二电容、至少一个电感、至少一个第三晶闸管，第二二极管、第二电容、电感串联连接，第三晶闸管与第二电容和电感串联连接后构成的串联电路并联连接，或者第三晶闸管与第二二极管反向并联连接。
[0012]在一实施例中，接地支路第一端与开断支路的下桥臂中点连接，其第二端接地；接地支路由电阻构成。
[0013]第二方面，本专利技术实施例提供一种电容自取能辅助关断混合式直流断路器的应用方法，其特征在于，基于第一方面的电容自取能辅助关断混合式直流断路器，应用方法包括：当收到直流系统分断命令时，通过控制开断支路及通流支路内部元件的运行状态，使故障电流转移至开断支路，由自取能电容辅助开断支路的电力电子器件完成故障电流开断。
[0014]在一实施例中，通过控制开断支路及通流支路内部元件的运行状态，使故障电流转移至开断支路，由自取能电容辅助开断支路的电力电子器件完成故障电流开断的过程，包括：当收到直流系统分断命令时，闭锁通流支路的换流单元、导通开断支路的IGCT支路，故障电流从通流支路转移至IGCT支路；分断快速机械开关，并触发开断模块单元的辅助关断支路，完成开断模块单元电容电压振荡与反向电流注入；IGCT支路电流下降至其允许关断电流水平后，闭锁IGCT支路，故障电流对第二电容充电直至耗能支路动作；耗能支路动作后，故障电流转移至耗能支路，实现故障电流耗散清除。
[0015]在一实施例中，在直流断路器投入运行前还包括：通流支路开断，直流系统经过接地支路完成对开断支路的充电。
[0016]在一实施例中，电容自取能辅助关断混合式直流断路器的应用方法还包括：当直流系统稳态运行时，通流支路保持导通状态，开断支路保持闭锁状态。
[0017]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0018]1.本专利技术提供的电容自取能辅助关断混合式直流断路器及其应用方法，开断支路与通流支路并联连接，接地支路的第一端与开断支路连接，接地支路的第二端接地。直流系统稳态运行时，通流支路导通直流系统稳态运行电流，直流系统故障时，由开断支路内部的自取能电容辅助电力电子器件实现故障电流开断。
[0019]2.本专利技术提供的电容自取能辅助关断混合式直流断路器及其应用方法，开断模块单元电容通过直流系统完成预充电，各模块中全控器件可从模块电容上直接取能，不需要采用额外的供能装置；采用IGCT器件成本低，整体供能系统设计与构成大幅简化，可有效减少设备成本与占地；利用电容辅助关断，全控器件仅需要耐受故障电流，开断能力不受限于器件开断水平，IGCT器件过电流能力强，可将断路器开断电流能力提升至数十kA。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图是本专利技术的一些实施方式，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的附图。
[0021]图1为本专利技术实施例提供的混合式直流断路器的一个具体示例的组成图；
[0022]图2为本专利技术实施例提供的混合式直流断路器的另一个具体示例的组成图；
[0023]图3(a)～图3(d)均为本专利技术实施例提供的换流单元的具体电路结构；
[0024]图4为本专利技术实施例提供的混合式直流断路器的另一个具体示例的组成图；
[0025]图5为本专利技术实施例提供的混合式直流断路器的另一个具体示例的组成图；
[0026]图6(a)～图6(b)为本专利技术实施例提供的开断模块支路的一个具体示例的组成图；
[0027]图7(a)～图7(c)为本专利技术实施例提供的开断模块单元的具体电路结构图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电容自取能辅助关断混合式直流断路器，其特征在于，所述直流断路器的电容从直流系统取能辅助电力电子器件实现故障电流关断。2.根据权利要求1所述的电容自取能辅助关断混合式直流断路器，其特征在于，所述直流断路器包括：通流支路、开断支路及接地支路，其中，所述通流支路与所述开断支路并联连接，所述接地支路的第一端与所述开断支路连接，所述接地支路的第二端接地。3.根据权利要求2所述的电容自取能辅助关断混合式直流断路器，其特征在于，所述通流支路包括：串联连接的机械开关及换流单元，其中，所述换流单元由全控器件反向串联构成，或者由基于全控器件的桥式模块构成，或者由电磁耦合组件构成。4.根据权利要求3所述的电容自取能辅助关断混合式直流断路器，其特征在于，所述电磁耦合组件由第一电容、耦合电抗、第一晶闸管、第一二极管构成，其中，耦合电抗，其一次侧的第一端与机械开关的一端连接，其一次侧的第二端与直流系统连接，其二次侧的第一端通过所述第一电容与所述第一晶闸管的第一端连接，其二次侧的第二端与所述第一晶闸管的第二端连接；所述第一晶闸管与所述第一二极管反向并联连接。5.根据权利要求2所述的电容自取能辅助关断混合式直流断路器，其特征在于，所述开断支路包括：基于二极管串联阀构成的全桥电路及开断模块支路，其中，所述全桥电路的上桥臂与下桥臂反向并联连接后与所述通流支路并联连接；所述开断模块支路的第一端与所述全桥电路的上桥臂的中点连接，所述开断模块支路的第二端与所述全桥电路的下桥臂的中点连接，所述开断模块支路的第二端还通过所述接地支路接地。6.根据权利要求5所述的电容自取能辅助关断混合式直流断路器，其特征在于，所述开断模块支路包括：至少一个开断模块单元；当所述开断模块支路包括至少一个开断模块单元时，所述开断模块单元包括并联连接的IGCT支路、辅助关断支路、耗能支路；或者，当所述开断模块支路具有多个开断模块单元时，所述开断模块单元包括并联连接的IGCT支路、辅助关断支路，全部所述开断模块单元还共同包含同一个耗能支路，该耗能支路的两端分别与所述全桥电路的上桥臂的中点、下桥臂的中点对应连接。7.根据权利要求6所述的电容自取能辅助关断混合式直流断路器，其特征在于，所述辅助关断支路包括：至少一个第...

【专利技术属性】
技术研发人员：周万迪，贺之渊，刘远，张升，高冲，李弸智，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：