一種混合式高壓直流斷路器及其實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種斷路器及其實(shí)現(xiàn)方法，具體涉及一種混合式高壓直流斷路器及其實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著多端直流輸電技術(shù)的發(fā)展，高壓直流斷路器將成為保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備之一。多端高壓直流輸電系統(tǒng)由于電壓等級(jí)高、線路阻抗小，一旦發(fā)生線路短路故障，將很快影響到直流輸電網(wǎng)絡(luò)和交流網(wǎng)絡(luò)，必須迅速切除故障。因此，高壓直流斷路器需要?jiǎng)幼魉俣瓤?，能夠最大限度的減小故障持續(xù)時(shí)間或抑制故障電流，減小故障對(duì)交/直流輸電網(wǎng)絡(luò)的沖擊。
[0003]目前直流斷路器技術(shù)通常有三種方式，1)LC諧振直流斷路器:在常規(guī)交流機(jī)械斷路器的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加輔助電路，在開(kāi)斷弧間隙的直流電流上迭加增幅的振蕩電流，利用電流過(guò)零時(shí)開(kāi)斷電路，利用這種原理制造的機(jī)械式斷路器，在分?jǐn)鄷r(shí)間和分?jǐn)嚯娏髂芰ι蠠o(wú)法滿足多端柔性直流輸電系統(tǒng)的要求；2)固態(tài)直流斷路器，利用大功率可關(guān)斷電力電子器件，直接分?jǐn)嘀绷麟娏?，利用這種原理制造的固態(tài)斷路器，在時(shí)間上雖然可以滿足多端柔性直流系統(tǒng)的要求，但在正常導(dǎo)通時(shí)的損耗過(guò)大，經(jīng)濟(jì)性較差；3)混合式直流斷路器:采用機(jī)械開(kāi)關(guān)和電力電子器件混合的方式，正常運(yùn)行由機(jī)械開(kāi)關(guān)通流，故障時(shí)分?jǐn)鄼C(jī)械開(kāi)關(guān)，利用產(chǎn)生的電弧電壓將電流轉(zhuǎn)移至并聯(lián)連接的電力電子器件支路中，然后由電力電子器件分?jǐn)嚯娏??；谠撛頂嗦菲骷葴p低了通態(tài)損耗，又提高了分?jǐn)嗨俣龋切枰褂么罅康娜仄骷?lián)，技術(shù)難度大，制造成本高，而且當(dāng)短路電流超過(guò)單個(gè)全控器件所能耐受電流峰值時(shí)，其成本將接近翻倍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種混合式高壓直流斷路器及其實(shí)現(xiàn)方法，在保證足夠快的分?jǐn)嗨俣群偷蛽p耗的前提下，主要采用半控器件晶閘管，技術(shù)成熟，易于實(shí)現(xiàn)，分?jǐn)嚯娏髂芰Υ?，耐受電壓等?jí)高，極大程度上降低了成本。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0006]本發(fā)明的一種混合式高壓直流斷路器，串聯(lián)接于直流系統(tǒng)中，混合式高壓直流斷路器包括相互并聯(lián)連接的通態(tài)支路、預(yù)轉(zhuǎn)移支路、再轉(zhuǎn)移支路和耗能支路；所述通態(tài)支路包括串聯(lián)連接的至少一個(gè)快速機(jī)械開(kāi)關(guān)D和包含全控器件的第一電流轉(zhuǎn)移模塊Ml ;所述預(yù)轉(zhuǎn)移支路包括串聯(lián)連接的第一電感L1、第一半控器件晶閘管串聯(lián)模塊S1和包含全控器件的第二電流轉(zhuǎn)移模塊M2 ;所述再轉(zhuǎn)移支路包括串聯(lián)連接的第二電感L2、第二半控器件晶閘管串聯(lián)模塊S2和電容器C ;所述耗能支路由非線性電阻R構(gòu)成。
[0007]上述第一電流轉(zhuǎn)移模塊Ml和第二電流轉(zhuǎn)移模塊M2包括非線性電阻R1和至少一個(gè)由兩只反向串聯(lián)連接的全控型功率開(kāi)關(guān)器件模塊，所述非線性電阻R1并聯(lián)在串聯(lián)連接的全控型功率開(kāi)關(guān)器件模塊兩端，全控型功率開(kāi)關(guān)器件兩端均反并聯(lián)有二極管。
[0008]上述第一電流轉(zhuǎn)移模塊Ml和第二電流轉(zhuǎn)移模塊M2包括非線性電阻R2和至少一個(gè)由四只全控型功率開(kāi)關(guān)器件及電容器C1組成的全橋模塊，所述非線性電阻R2并聯(lián)在串聯(lián)連接的全橋模塊兩端，全控型功率開(kāi)關(guān)器件兩端均反并聯(lián)有二極管。
[0009]上述第一電流轉(zhuǎn)移模塊Ml和第二電流轉(zhuǎn)移模塊M2包括非線性電阻R3和反向并聯(lián)的兩組單向通流模塊，所述非線性電阻R3和反向并聯(lián)的兩組單向通流模塊相互并聯(lián)，所述單向通流模塊由至少一對(duì)全控型功率開(kāi)關(guān)器件和不控器件(不控器件為二極管)正向串聯(lián)連接構(gòu)成。
[0010]上述第一電流轉(zhuǎn)移模塊Ml和第二電流轉(zhuǎn)移模塊M2包括非線性電阻R4、全控型功率開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)模塊和不控器件全橋模塊，所述非線性電阻R4、全控型功率開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)模塊和不控器件全橋模塊的兩個(gè)橋臂相互并聯(lián)連接；所述不控器件全橋模塊的每個(gè)橋臂由至少兩個(gè)不控器件(不控器件為二極管)正向串聯(lián)連接構(gòu)成，兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)作為電流轉(zhuǎn)移模塊的輸入端和輸出端。
[0011 ] 上述第一半控器件晶閘管串聯(lián)模塊S1和第二半控器件晶閘管串聯(lián)模塊S2由兩組反并聯(lián)的晶閘管閥構(gòu)成。
[0012]上述的混合式高壓直流斷路器的實(shí)現(xiàn)方法，具體方法如下:
[0013]—)當(dāng)直流系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，快速機(jī)械開(kāi)關(guān)D閉合，第一電流轉(zhuǎn)移模塊Ml處于導(dǎo)通狀態(tài)；穩(wěn)態(tài)電流流經(jīng)通態(tài)支路中串聯(lián)連接的快速機(jī)械開(kāi)關(guān)D和第一電流轉(zhuǎn)移模塊Ml ;
[0014]二 )直流系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí):
[0015]①先關(guān)閉通態(tài)支路的第一電流轉(zhuǎn)移模塊Ml，再開(kāi)通預(yù)轉(zhuǎn)移支路的第二電流轉(zhuǎn)移模塊M2，然后觸發(fā)導(dǎo)通預(yù)轉(zhuǎn)移支路的第一半控器件晶閘管串聯(lián)模塊S1 ;
[0016]②當(dāng)通態(tài)支路電流完全轉(zhuǎn)移至預(yù)轉(zhuǎn)移支路后，分?jǐn)嗫焖贆C(jī)械開(kāi)關(guān)D ;
[0017]③當(dāng)快速機(jī)械開(kāi)關(guān)D無(wú)弧分?jǐn)嗪?，關(guān)閉預(yù)轉(zhuǎn)移支路的第二電流轉(zhuǎn)移模塊M2，再觸發(fā)導(dǎo)通再轉(zhuǎn)移支路的第二半控器件晶閘管串聯(lián)模塊S2，電流從預(yù)轉(zhuǎn)移支路向再轉(zhuǎn)移支路轉(zhuǎn)移，第一半控器件晶閘管串聯(lián)模塊S1在其電流降為零后關(guān)斷；
[0018]④故障電流經(jīng)過(guò)電感L2、第二半控器件晶閘管串聯(lián)模塊S2給電容器C充電，當(dāng)電容器C幅值達(dá)到避雷器動(dòng)作電壓時(shí)，避雷器動(dòng)作，第二半控器件晶閘管串聯(lián)模塊S2在其電流降為零后關(guān)斷，此時(shí)故障電流完全轉(zhuǎn)移至避雷器中，直至系統(tǒng)能量被其所消耗吸收，直流斷路器完成分?jǐn)唷?br>[0019]本發(fā)明的有益效果如下:
[0020]本發(fā)明所提供的斷路器正常運(yùn)行時(shí)，由快速機(jī)械開(kāi)關(guān)和少量電力電子器件流通，通態(tài)損耗??；
[0021]本發(fā)明所提供的斷路器能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械開(kāi)關(guān)的無(wú)弧分?jǐn)?，能夠延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)的使用壽命，提高開(kāi)關(guān)的分?jǐn)嗨俣?，易于?shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接時(shí)的均壓?jiǎn)栴}；
[0022]本發(fā)明所提供的斷路器拓?fù)渌褂弥饕獮榘肟匦碗娏﹄娮悠骷夹g(shù)成熟，易于實(shí)現(xiàn)，且極大降低了制造成本；
[0023]本發(fā)明所提供的斷路器所使用晶閘管具有很強(qiáng)的通流能力，使得其分?jǐn)嚯娏髂芰Υ鬄樵鰪?qiáng)；
[0024]本發(fā)明所提供的斷路器所使用晶閘管較高的耐壓能力，應(yīng)用于高電壓等級(jí)時(shí)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性上都更具有優(yōu)勢(shì)；
[0025]本發(fā)明所提供的斷路器結(jié)構(gòu)新穎、控制簡(jiǎn)單，易于拓展。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本發(fā)明的混合式高壓直流斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖2為本發(fā)明的電流轉(zhuǎn)移模塊的實(shí)施例一；
[0028]圖3為本發(fā)明的電流轉(zhuǎn)移模塊的實(shí)施例二；
[0029]圖4為本發(fā)明的電流轉(zhuǎn)移模塊的實(shí)施例三；
[0030]圖5為本發(fā)明的電流轉(zhuǎn)移模塊的實(shí)施例四；
[0031]圖6為本發(fā)明的采用電流轉(zhuǎn)移模塊的實(shí)施例一時(shí)斷路器分?jǐn)嗍疽鈭D。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0033]本發(fā)明的一種混合式高壓直流斷路器，該直流斷路器包括通態(tài)支路、預(yù)轉(zhuǎn)移支路、再轉(zhuǎn)移支路和耗能支路。通態(tài)支路由快速機(jī)械開(kāi)關(guān)和全控器件電流轉(zhuǎn)移模塊串聯(lián)構(gòu)成，保證正常導(dǎo)通時(shí)的低通態(tài)損耗；預(yù)轉(zhuǎn)移支路由電感、半控器件晶閘管串聯(lián)模塊和全控器件電流轉(zhuǎn)移模塊串聯(lián)構(gòu)成，保證快速機(jī)械開(kāi)關(guān)無(wú)電弧關(guān)斷、同時(shí)具有強(qiáng)通流能力；再轉(zhuǎn)移支路由電感、半控器件晶閘管串聯(lián)模塊和電容器串聯(lián)構(gòu)成，在預(yù)轉(zhuǎn)移支路晶閘管可靠關(guān)斷后，再轉(zhuǎn)移支路電容器將迅速建立起足夠直流電壓并由耗能支路進(jìn)行能量吸收。
[0034]實(shí)施例一:
[0035]參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的混合式高壓直流斷路器通過(guò)端口 1、2串聯(lián)接入直流系統(tǒng)中，包括四條支路，分別為通態(tài)支路、預(yù)轉(zhuǎn)移支路、再轉(zhuǎn)移支路和耗能支路，四條支路相互并聯(lián)連接。
[0036]通態(tài)支路由至少一個(gè)快速機(jī)械開(kāi)關(guān)D和包含全控器件的第一電流轉(zhuǎn)移模塊Ml串聯(lián)連接組成。
[0037]預(yù)轉(zhuǎn)移支路由第一電感L1、第一半控器件晶閘管串聯(lián)模塊S1和包含全控器件的第二電流轉(zhuǎn)移模塊M2串聯(lián)連接組成。
[0038]再轉(zhuǎn)移支路由第一電感L2、第二半控器件晶閘管串聯(lián)模塊S2和電容器C串聯(lián)連接組成。
[0039]耗能支路由非線性電阻R組成。
[0040]第一半控器件晶閘管串聯(lián)模塊S1和第一半控器件晶閘管串聯(lián)模塊S2由兩組反并聯(lián)的晶閘管閥構(gòu)成。
[0041]參見(jiàn)圖2，第一電流轉(zhuǎn)移模塊