基于模塊串聯(lián)的高壓直流真空斷路器自具電源拓?fù)涞闹谱鞣椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于模塊串聯(lián)的高壓直流真空斷路器自具電源拓?fù)?，屬于電力高壓開關(guān)領(lǐng)域，斷路器由若干直流真空斷路器模塊串聯(lián)組成，每個模塊包括兩路聯(lián)動真空開關(guān)和由轉(zhuǎn)移電容器與回路電感器組成的轉(zhuǎn)移回路，以及配合使用的充電回路。充電回路包括每個模塊上附加的限流電阻器RC、充電IGBT開關(guān)、充電總線IGBT開關(guān)和整體電源分壓電容器C0、控制器K。每個模塊涉及的主要元件為主回路開關(guān)CB1，轉(zhuǎn)移回路投入開關(guān)CB2，轉(zhuǎn)移電容器C與電感器L，由自具電源控制器K對各模塊實(shí)施分步自具充電，可實(shí)現(xiàn)其電參數(shù)的最佳配合，解決了串聯(lián)模塊各轉(zhuǎn)移電容器充電電路成本高、可靠性差的問題。
【專利說明】基于模塊串聯(lián)的高壓直流真空斷路器自具電源拓?fù)?br>
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力高壓開關(guān)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于模塊串聯(lián)的高壓直流真空斷路器自具電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]在高壓直流(HVDC)輸電工程中，直流斷路器是保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要設(shè)備之一，它具有關(guān)合和開斷電路、改變系統(tǒng)的連接方式和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及分?jǐn)喙收想娏鞯墓δ?，承?dān)著控制和保護(hù)的雙重任務(wù)。而到目前為止，對于高壓直流系統(tǒng)，基于電流轉(zhuǎn)移原理的直流真空斷路器是最可行的方案之一，即利用預(yù)充電電容器向主回路真空開關(guān)提供反向放電，構(gòu)造電流零點(diǎn)為斷口熄弧創(chuàng)造條件。直流真空斷路器向高電壓等級發(fā)展必須依靠模塊串聯(lián)來解決，其技術(shù)瓶頸是串聯(lián)模塊中的轉(zhuǎn)移電容器充電代價極高，原模塊的轉(zhuǎn)移電容器獨(dú)立充電系統(tǒng)，有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，可靠性差等缺陷，限制了這種斷路器向高電壓等級發(fā)展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種基于模塊串聯(lián)的高壓直流真空斷路器自具電源拓?fù)?，用于斷路器運(yùn)行中為各串聯(lián)模塊中的電容器補(bǔ)充能量，使之保持一定的電壓值，以便斷路器分?jǐn)嗖僮鲿r為主開關(guān)提供反向電流，從而解決現(xiàn)有技術(shù)的瓶頸。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于模塊串聯(lián)的高壓直流真空斷路器自具電源拓?fù)?，由η個直流真空斷路器模塊串聯(lián)組成，每一所述模塊包括一個模塊本體和一個充電回路。所述模塊本體由依次串聯(lián)成回路的主回路開關(guān)CB1、轉(zhuǎn)移回路投入開關(guān)CB2、轉(zhuǎn)移電容器C與轉(zhuǎn)移電感器L組成。所述充電回路包括一個限流電阻Re、一個充電IGBT開關(guān)InU—個充電總線IGBT開關(guān)Ιη2，η對應(yīng)取值1、2、3……至模塊數(shù)；其中，每一模塊的所述充電IGBT開關(guān)Inl與所述限流電阻Re串聯(lián)后，一端接于所述模塊本體中所述轉(zhuǎn)移回路投入開關(guān)CB2和C\L的節(jié)點(diǎn)上，另一端接于與所述充電IGBT開關(guān)Inl對應(yīng)的所述充電總線IGBT開關(guān)In2的充電節(jié)點(diǎn)。控制器K分別連接各個所述充電IGBT開關(guān)Inl和充電總線IGBT開關(guān)In2，用于啟閉控制。系統(tǒng)供電電源依次由各個所述模塊的主回路開關(guān)CBl串聯(lián)，用于負(fù)載Rltjad供電控制。各個模塊所述充電總線IGBT開關(guān)Ιη2依次串聯(lián)組成充電總線，其中，第一個模塊的充電總線IGBT開關(guān)112充電節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)地之間連接了斷路器分壓電容器CO，用于保持充電總線的電位。
[0005]上述電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動作順序是:在待機(jī)狀態(tài)，各主回路開關(guān)CBl處于斷開狀態(tài)、各轉(zhuǎn)移回路投入開關(guān)CB2處于閉合狀態(tài)，各模塊所述充電IGBT開關(guān)Inl和充電總線開關(guān)Ιη2處于關(guān)斷狀態(tài)，轉(zhuǎn)移電容器C處于充電完畢狀態(tài)。當(dāng)斷路器接到關(guān)合指令時，各模塊所述主回路開關(guān)CBl閉合、所述轉(zhuǎn)移回路投入開關(guān)CB2斷開；第一個模塊的充電IGBT開關(guān)Ill接通，所述分壓電容器CO補(bǔ)充到額定電壓，補(bǔ)充第一個模塊中的轉(zhuǎn)移電容器C，使之電壓波動小于等于設(shè)定值；關(guān)斷第一個模塊的充電IGBT開關(guān)111。之后，接通所述充電總線的所有充電總線IGBT開關(guān)Ιη2，按一定頻率依次接通各模塊的所述充電IGBT開關(guān)121，131，…Inl，依次補(bǔ)充各模塊中的所述轉(zhuǎn)移電容器C，使之電壓波動小于等于設(shè)定值之后，關(guān)閉相應(yīng)的所述充電IGBT開關(guān)，直至關(guān)閉第η個模塊的所述充電IGBT開關(guān)Ini。循環(huán)上述各個模塊中所述轉(zhuǎn)移電容器C的充電過程。
[0006]優(yōu)選方式下，所述轉(zhuǎn)移電容器C為10yF到300μ F，所述分壓電容器CO的容量為所述轉(zhuǎn)移電容器C的η分之一，范圍在10 μ F到50 μ F，η為串聯(lián)模塊數(shù)，取值為3?30。所述轉(zhuǎn)移電感器L為0.1mH到300mH，充電電阻為30k Ω到300k Ω ;直流真空斷路器模塊的工作電壓在3kV到30kV。充電IGBT開關(guān)、充電總線IGBT開關(guān)參數(shù)為:1kV到30kV，可由額定電壓為3.3kV的IGBT閥片串聯(lián)。
[0007]本發(fā)明基于模塊串聯(lián)的高壓直流真空斷路器自具電源拓?fù)?，屬于電力高壓開關(guān)領(lǐng)域，由每個模塊上附加的一個電阻器RC、二個IGBT開關(guān)In1、In2和整體一個電容器CO、一個控制器K組成。每個模塊涉及元件為主回路開關(guān)CB1，轉(zhuǎn)移回路投入開關(guān)CB2，轉(zhuǎn)移電容器C與電感器L。由控制器K對各模塊實(shí)施分步自具充電，可實(shí)現(xiàn)其電參數(shù)的最佳配合，解決了串聯(lián)模塊各轉(zhuǎn)移電容器充電電路成本高、可靠性差的問題。
[0008]本發(fā)明的有益效果是解決了串聯(lián)高壓直流真空斷路器模塊各轉(zhuǎn)移電容器充電電路成本高、可靠性差的問題，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)移電容器的自具充電，各模塊分步充電，實(shí)現(xiàn)其電參數(shù)的最佳配合。該技術(shù)涉及的串聯(lián)高壓直流斷路器模塊的自具電源拓?fù)洌Y(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、成本低，且有益于實(shí)現(xiàn)高壓直流真空開關(guān)智能化控制。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的基于模塊串聯(lián)的高壓直流真空斷路器自具電源的電路框圖。
[0010]圖2為本發(fā)明拓?fù)湓跀嗦菲麝P(guān)合狀態(tài)下的等效電路圖。
[0011]圖3為本發(fā)明拓?fù)湓跀嗦菲鞣謹(jǐn)酄顟B(tài)下的等效電路圖。
[0012]圖中，CB1，CB2，為每個模塊中的兩路聯(lián)動真空開關(guān)，第一聯(lián)動開關(guān)CBl為主回路開關(guān)，是常閉開關(guān)；第二聯(lián)動開關(guān)CB2為轉(zhuǎn)移回路投入開關(guān)；轉(zhuǎn)移電容器C和轉(zhuǎn)移電感器L組成轉(zhuǎn)移回路，Re為限流電阻器；C0為斷路器分壓電容器，Inl為模塊充電IGBT開關(guān)，In2為充電總線開關(guān)，K為系統(tǒng)控制器，Rload為負(fù)載等效電阻。

【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明的模塊串聯(lián)的高壓直流真空斷路器自具電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，斷路器由若干直流真空斷路器模塊串聯(lián)組成，每個模塊有兩路聯(lián)動真空開關(guān)，轉(zhuǎn)移電容器與回路電感器組成的轉(zhuǎn)移回路以及由限流電阻器、充電IGBT開關(guān)、充電總線IGBT開關(guān)組成的充電回路；每個模塊還附加了一個電阻器Re,以及整個電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)置的一個電容器CO、一個控制器K組成。每個模塊本體涉及的主要元件為主回路開關(guān)CB1，轉(zhuǎn)移回路投入開關(guān)CB2，轉(zhuǎn)移電容器C與電感器L。由控制器K對模塊實(shí)施分步充電，并完成各模塊及IGBT的通訊與控制，從而使各模塊中的電參數(shù)達(dá)到最佳配合，經(jīng)系統(tǒng)分壓電容器和模塊分步充電控制器完成串聯(lián)模塊的自具電源功能。具體說，連接到轉(zhuǎn)移回路上的模塊充電開關(guān)(IGBT)Inl與充電電阻RC串聯(lián)后接于由開關(guān)In2組成的充電總線相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上，由控制器給各IGBT指令完成各模塊依次分步充電，并完成到各模塊及IGBT的通訊與控制。
[0014]下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0015]如圖1所示，斷路器由η個直流真空斷路器模塊串聯(lián)組成，每一所述模塊包括一個模塊本體和一個充電回路。所述模塊本體由依次串聯(lián)成回路的主回路開關(guān)CB1、轉(zhuǎn)移回路投入開關(guān)CB2、轉(zhuǎn)移電容器C與轉(zhuǎn)移電感器L組成。所述充電回路包括一個限流電阻Re、一個充電IGBT開關(guān)InU—個充電總線IGBT開關(guān)Ιη2，η對應(yīng)取值1、2、3……至模塊數(shù)；其中，每一模塊的所述充電IGBT開關(guān)Inl與所述限流電阻Re串聯(lián)后，一端接于所述模塊本體中所述轉(zhuǎn)移回路投入開關(guān)CB2和C\L的節(jié)點(diǎn)上，另一端接于與所述充電IGBT開關(guān)Inl對應(yīng)的所述充電總線IGBT開關(guān)In2的充電節(jié)點(diǎn)?？刂破鱇分別連接各個所述充電IGBT開關(guān)Inl和充電總線IGBT開關(guān)In2，用于啟閉控制。系統(tǒng)供電電源依次由各個所述模塊的主回路開關(guān)CBl串聯(lián)，用于負(fù)載Rltjad供電控制。各個模塊所述充電總線IGBT開關(guān)In2依次串聯(lián)組成充電總線，其中，第一個模塊的充電總線IGBT開關(guān)112充電節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)地之間連接了斷路器分壓電容器CO，用于保持充電總線的電位。
[0016]轉(zhuǎn)移電感器L、轉(zhuǎn)移電容器C、轉(zhuǎn)移回路投入開關(guān)CB2依次串聯(lián)后與主回路開關(guān)CBl并聯(lián)，形成基本直流開斷模塊；模塊充電開關(guān)(IGBT) Inl與充電電阻Re串聯(lián)后，一端接于轉(zhuǎn)移開關(guān)CB2和轉(zhuǎn)移回路C\L的節(jié)點(diǎn)上，另一端接于由開關(guān)In2組成的充電總線相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上。其等效電路，如圖2和圖3所示。
[0017]本發(fā)明斷路器的具體動作機(jī)理是:在斷路器待機(jī)狀態(tài)(分?jǐn)酄顟B(tài))，CB2閉合，所有充電開關(guān)Inl和充電總線開關(guān)In2處于關(guān)斷狀態(tài)，C處于充電完畢狀態(tài)。當(dāng)斷路器接到關(guān)合指令時，各模塊的CBl合、CB2分，Ill接通，CO補(bǔ)充到額定電壓，補(bǔ)充模塊I的C中電荷，使之電壓波動不大于設(shè)定值；關(guān)斷111，接通充電總線各開關(guān)112，122，132，…In2 ;按一定頻率依次接通121，保證模塊2的C上的電壓波動不大于設(shè)定值，關(guān)閉121 ;接通131，補(bǔ)充模塊3的C中電荷后關(guān)閉131，…直到關(guān)閉Inl ;進(jìn)入下一個各模塊的C中電荷補(bǔ)充循環(huán)。
[0018]當(dāng)斷路器接到分?jǐn)嘀噶顣r，關(guān)斷所有IGBT，同時分各模塊的CB1，延時Ims閉合CB2,再經(jīng)主回路開關(guān)CBl燃弧時間、電流過零后完成斷路器分?jǐn)噙^程，回到待機(jī)狀態(tài)?？刂破鱇由工控機(jī)實(shí)現(xiàn)并由光纖完成到各模塊及IGBT的通訊與控制。由于模塊實(shí)施分步充電，即簡化了斷路器分壓電容器系統(tǒng)，還能使各模塊中的電參數(shù)達(dá)到最佳配合。
[0019]本發(fā)明的實(shí)施例是基于模塊串聯(lián)的高壓直流真空斷路器自具電源的實(shí)現(xiàn)，圖1所用系統(tǒng)參數(shù)為:系統(tǒng)直流額定電壓IlOkV,由8個額定電壓15kV直流真空開關(guān)模塊串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，額定故障分?jǐn)嚯娏?0kA，轉(zhuǎn)移電容器C為140 μ F/20kV,電感器L為0.14mH/20kV,充電電阻RC為301^/50胃，充電電容器0):1501^/214?;各IGBT參數(shù)為:20kV(3.3kVX6串)/100A。
[0020]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于模塊串聯(lián)的高壓直流真空斷路器自具電源拓?fù)?，其特征在于，由η個直流真空斷路器模塊串聯(lián)組成，每一所述模塊包括一個模塊本體和一個充電回路； 所述模塊本體由依次串聯(lián)成回路的主回路開關(guān)CB1、轉(zhuǎn)移回路投入開關(guān)CB2、轉(zhuǎn)移電容器C與轉(zhuǎn)移電感器L組成； 所述充電回路包括一個限流電阻Re、一個充電IGBT開關(guān)InU—個充電總線IGBT開關(guān)Ιη2，η對應(yīng)取值1、2、3……至模塊數(shù)；其中，每一模塊的所述充電IGBT開關(guān)Inl與所述限流電阻Re串聯(lián)后，一端接于所述模塊本體中所述轉(zhuǎn)移回路投入開關(guān)CB2和C\L的節(jié)點(diǎn)上，另一端接于與所述充電IGBT開關(guān)Inl對應(yīng)的所述充電總線IGBT開關(guān)In2的充電節(jié)點(diǎn)； 控制器K分別連接各個所述充電IGBT開關(guān)Inl和充電總線IGBT開關(guān)In2，用于啟閉控制； 系統(tǒng)供電電源依次由各個所述模塊的主回路開關(guān)CBl串聯(lián)，用于負(fù)載札_供電控制； 各個模塊所述充電總線IGBT開關(guān)In2依次串聯(lián)組成充電總線，其中，第一個模塊的充電總線IGBT開關(guān)112充電節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)地之間連接了斷路器分壓電容器CO，用于保持充電總線的電位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于模塊串聯(lián)的高壓直流真空斷路器自具電源拓?fù)?，其特征在于，電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動作順序是: 在待機(jī)狀態(tài)，各主回路開關(guān)CBl處于斷開狀態(tài)、各轉(zhuǎn)移回路投入開關(guān)CB2處于閉合狀態(tài)，各模塊所述充電IGBT開關(guān)Inl和充電總線開關(guān)In2處于關(guān)斷狀態(tài)，轉(zhuǎn)移電容器C處于充電完畢狀態(tài)； 當(dāng)斷路器接到關(guān)合指令時，各模塊所述主回路開關(guān)CBl閉合、所述轉(zhuǎn)移回路投入開關(guān)CB2斷開；第一個模塊的充電IGBT開關(guān)Ill接通，所述分壓電容器CO補(bǔ)充到額定電壓，補(bǔ)充第一個模塊中的轉(zhuǎn)移電容器C，使之電壓波動小于等于設(shè)定值；關(guān)斷第一個模塊的充電IGBT 開關(guān) Ill ； 之后，接通所述充電總線的所有充電總線IGBT開關(guān)In2，按一定頻率依次接通各模塊的所述充電IGBT開關(guān)121，131，…Inl，依次補(bǔ)充各模塊中的所述轉(zhuǎn)移電容器C，使之電壓波動小于等于設(shè)定值之后，關(guān)閉相應(yīng)的所述充電IGBT開關(guān)，直至關(guān)閉第η個模塊的所述充電IGBT開關(guān)Inl ； 循環(huán)上述各個模塊中所述轉(zhuǎn)移電容器C的充電過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于模塊串聯(lián)的高壓直流真空斷路器自具電源拓?fù)?，其特征在于，所述轉(zhuǎn)移電容器C為100 μ F到300 μ F，所述分壓電容器CO的容量為所述轉(zhuǎn)移電容器C的η分之一，范圍在10 μ F到50 μ F，η為串聯(lián)模塊數(shù)，取值為3?30 ; 所述轉(zhuǎn)移電感器L為0.1mH到300mH，充電電阻為30kQ到300kQ ;直流真空斷路器模塊的工作電壓在3kV到30kV ； 充電IGBT開關(guān)、充電總線IGBT開關(guān)參數(shù)為:10kV到30kV，可由額定電壓為3.3kV的IGBT閥片串聯(lián)。
【文檔編號】H02M3/16GK104242652SQ201410476116
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】鄒積巖, 張海傳, 劉曉明, 董文亮 申請人:大連工業(yè)大學(xué)