一種直流斷路器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及大功率電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種MMC子模塊混合型高速直流斷路器。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展，對能源的需求也日益增加。為有效解決我國的能源分布不均問題，直流輸電技術(shù)目前正在成為一種有效的手段。尤其是柔性直流輸電技術(shù)的逐漸成熟更是促進(jìn)了分布式新能源發(fā)展。由于直路系統(tǒng)具有故障發(fā)展速度快的特性，尤其是對于基于IGBT器件的柔性直流輸電系統(tǒng)，由于存在反并聯(lián)二極管，當(dāng)直流側(cè)發(fā)生故障時，無法快速限制短路電流。因此直流斷路器的研宄對于直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著重要的意義。
[0003]在高壓直流斷路器研宄方面，國外公司和部分研宄機(jī)構(gòu)開展的較早，并且已經(jīng)逐漸地實(shí)現(xiàn)了理論設(shè)計向工程實(shí)踐的轉(zhuǎn)化?，F(xiàn)有全固態(tài)斷路器，價格昂貴，特別是通態(tài)損耗較大，在高壓大容量場合經(jīng)濟(jì)性很低；為解決固態(tài)直流斷路器的通態(tài)損耗問題，業(yè)界提出了基于強(qiáng)迫換流的機(jī)械開關(guān)與固態(tài)開關(guān)并聯(lián)混合使用的技術(shù)方案，其中基于電力電子器件串聯(lián)的強(qiáng)制換流型直流斷路器對于串聯(lián)器件的電壓均衡有著非常高的要求，實(shí)現(xiàn)難度大。而基于子模塊級聯(lián)換流的直流斷路器工作過程中換流時間較長，且經(jīng)濟(jì)性較差。
[0004]專利:一種高壓直流斷路器拓?fù)?CN 103681039 A)提出的一種直流斷路器技術(shù)，通過在第二電流通路上設(shè)置單元投切模塊，在直流故障時，控制裝置各電流通路的開關(guān)通斷，將流過第一電流通路的電流轉(zhuǎn)換到第二電流通路上，利用第二電流通路的電容與各避雷器電壓疊加，對故障電流限流。該方案中的單元投切模塊比較復(fù)雜，整個直流斷路器的成本較高，不利于實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種直流斷路器，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中斷路器換流時間長、成本高的問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的方案包括:
[0007]一種直流斷路器，包括換流支路和主電子開關(guān)支路，各支路并聯(lián)連接，所述主電子開關(guān)支路由全橋型MMC子模塊級聯(lián)組成或者由半橋型MMC子模塊級聯(lián)組成或者由若干全橋型MMC子模塊與若干半橋型MMC子模塊按照設(shè)定個數(shù)、順序級聯(lián)組成。
[0008]所述半橋MMC子模塊由第一 IGBT、第二 IGBT和電容組成，其中第一 IGBT的集電極與第二 IGBT的發(fā)射級連接，電容的負(fù)極與第一 IGBT的發(fā)射級連接，電容的正極與第二 IGBT的集電極連接，第一 IGBT的射級作為半橋MMC子模塊的第一輸出端，第二 IGBT的射級作為半橋MMC子模塊的第二輸出端。
[0009]所述全橋MMC子模塊由第一 IGBT、第二 IGBT、第三IGBT、第四IGBT和電容組成，其中電容的正極與第一 IGBT的集電極和第三IGBT的集電極相連接，電容的負(fù)極與第二 IGBT的發(fā)射級和第四IGBT的發(fā)射級相連接，第一 IGBT的發(fā)射級與第二 IGBT的集電極相連接，該連接端作為全橋MMC子模塊的第一輸出端，第三IGBT的發(fā)射級與第四IGBT的集電極相連接，該連接端作為全橋MMC子模塊的第二輸出端。
[0010]所述直流斷路器包括至少一個避雷器，所述避雷器并聯(lián)在所述換流支路和主電子開關(guān)支路的對應(yīng)支路或元件上。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果:在斷路器關(guān)斷過程中，通過在主電子開關(guān)支路設(shè)置全橋子模塊、半橋子模塊或全橋和半橋混合子模塊，能夠使在換流開關(guān)在關(guān)斷后，電流能快速從換流支路轉(zhuǎn)移到主電子開關(guān)支路，并且主電子開關(guān)支路中子模塊的全控器件在關(guān)斷后電流能迅速下降至零，保證了斷路器的高速關(guān)斷過程，同時，所用各子模塊結(jié)構(gòu)簡單，成本低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0012]圖1是子模塊混合型高速直流斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0013]圖2是全橋子模塊電路拓?fù)洌?br>[0014]圖3是半橋子模塊電路拓?fù)洌?br>[0015]圖4是全橋-半橋混合子模塊電路拓?fù)洌?br>[0016]圖5是子模塊混合型高速直流斷路器關(guān)斷過程中的控制邏輯；
[0017]圖6是正常運(yùn)行時子模塊混合型高速直流斷路器的工作狀態(tài)；
[0018]圖7是子模塊混合型高速直流斷路器換流過程(以全橋MMC子模塊為例進(jìn)行說明)；
[0019]圖8是圖7的全橋形式原理圖；
[0020]圖9是主電子開關(guān)支路關(guān)斷過程中斷路器的工作狀態(tài)(以全橋MMC子模塊為例進(jìn)行說明)；
[0021]圖10是圖9的全橋形式原理圖；
[0022]圖11是子模塊混合型高速直流斷路器斷開過程中的電流波形；
[0023]圖12是實(shí)施例2的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0025]實(shí)施例1:
[0026]如圖1、2、3、4所示，本方案的直流斷路器由換流支路、主電子開關(guān)支路，以及避雷器支路組成，這三條支路并聯(lián)組成。
[0027]主電子開關(guān)支路由若干個MMC子模塊(SM1-SMn)級聯(lián)組成，MMC子模塊有三種形式:全橋MMC子模塊結(jié)構(gòu)、半橋MMC子模塊結(jié)構(gòu)，以及若干全橋型MMC子模塊與若干半橋型MMC子模塊按照設(shè)定個數(shù)、順序進(jìn)行組合的結(jié)構(gòu)。主電子開關(guān)支路由上述MMC子模塊的一種或者多種結(jié)構(gòu)級聯(lián)組成。
[0028]其中半橋MMC子模塊由第一 IGBT、第二 IGBT和電容組成，其中第一 IGBT的集電極與第二 IGBT的發(fā)射級連接，電容的負(fù)極與第一 IGBT的發(fā)射級連接，電容的正極與第二 IGBT的集電極連接，第一 IGBT的射級作為半橋MMC子模塊的第一輸出端，第二 IGBT的射級作為半橋MMC子模塊的第二輸出端。
[0029]全橋MMC子模塊由第一 IGBT、第二 IGBT、第三IGBT、第四IGBT和電容組成，其中電容的正極與第一 IGBT的集電極和第三IGBT的集電極相連接，電容的負(fù)極與第二 IGBT的發(fā)射級和第四IGBT的發(fā)射級相連接，第一 IGBT的發(fā)射級與第二 IGBT的集電極相連接，該連接端作為全橋MMC子模塊的第一輸出端，第三IGBT的發(fā)射級與第四IGBT的集電極相連接，該連接端作為全橋MMC子模塊的第二輸出端。
[0030]換流支路由機(jī)械開關(guān)和換流開關(guān)串聯(lián)組成，換流開關(guān)由若干IGBT反向串聯(lián)組成，用于在斷路器關(guān)斷時快速將電流轉(zhuǎn)移到主電子開關(guān)電路中。
[0031]下面以全橋MMC子模塊為例，作下述說明:
[0032]直流斷路器正常運(yùn)行時，如圖6所示，換流支路中的IGBT處于導(dǎo)通狀態(tài)，機(jī)械開關(guān)處于閉合狀態(tài)；直流電流從換流支路中流過，主電子開關(guān)支路中子模塊全部處于關(guān)斷狀態(tài)，沒有電流流過。