[發(fā)明專利]一種直流斷路器及其實(shí)現(xiàn)方法

有效

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• 申請日: 2013-02-27
• 公開（公告）號: CN103280763A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱宇峰;曹均正;湯廣福;魏曉光;高沖;羅湘
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院;中電普瑞電力工程有限公司;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號: H02H3/08
• 分類號: H02H3/08;H02H9/04
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直流斷路器及其實(shí)現(xiàn)方法。?

背景技術(shù)

隨著基于電壓源換流器（VSC）的多端柔性直流和直流電網(wǎng)技術(shù)的開始應(yīng)用，快速直流斷路器成為保證系統(tǒng)穩(wěn)定安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備之一。在交流系統(tǒng)中，交流電流在一個周期內(nèi)存在兩個自然過零點(diǎn)，交流斷路器正是利用電流的自然過零點(diǎn)關(guān)斷電流，而在直流系統(tǒng)中，直流電流不存在自然過零點(diǎn)，因此直流電流的開斷遠(yuǎn)比交流電流的開斷困難。?

開斷直流電流通常有兩種方式，一種是在常規(guī)交流機(jī)械斷路器的基礎(chǔ)上，通過增加輔助電路，在開斷弧間隙的直流電流上迭加增幅的振蕩電流，利用電流過零時開斷電路，利用這種原理制造的機(jī)械式斷路器，在分?jǐn)鄷r間上無法滿足多端柔性直流輸電系統(tǒng)的要求；另一種是利用大功率可關(guān)斷電力電子器件，直接分?jǐn)嘀绷麟娏鳎眠@種原理制造的固態(tài)斷路器，在時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)通時的損耗過大，經(jīng)濟(jì)性較差。?

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種直流斷路器及其使用方法，實(shí)現(xiàn)了用可關(guān)斷電力電子器件切斷直流電流，無電弧切斷，速度快的效果。?

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：?

一種直流斷路器，所述斷路器包括并聯(lián)連接的換流回路、斷流回路和能量吸收回路，其特征在于，?

所述斷流回路包括串聯(lián)的斷流電感和斷流單元；?

所述換流回路包括依次串連的換流電感、機(jī)械開關(guān)和換流單元。?

其中，所述斷流單元和所述換流單元均包括全橋結(jié)構(gòu)/半橋結(jié)構(gòu)的換流器；?

所述斷流單元包含的換流器個數(shù)大于換流單元包含的換流器的個數(shù)，換流單元相比所述斷流單元具有更小的導(dǎo)通電阻。?

其中，所述全橋結(jié)構(gòu)的換流器包括電容和H橋結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體開關(guān)模塊；?

所述H橋結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體開關(guān)模塊包括四個功率半導(dǎo)體開關(guān)模塊；每兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)模塊同向串聯(lián)構(gòu)成一條支路，兩條支路并聯(lián)，且分別引出兩條支路的中間點(diǎn)，作為輸入端或輸出端；?

所述電容個數(shù)至少為一個，串聯(lián)后與功率半導(dǎo)體開關(guān)模塊構(gòu)成的支路并聯(lián)連接。?

其中，所述H橋結(jié)構(gòu)功率半導(dǎo)體開關(guān)模塊包括四個二極管和至少一個的功率半導(dǎo)體開關(guān)；?

每兩個二極管串聯(lián)構(gòu)成一條支路，兩條支路并聯(lián)，且分別引出兩條支路的中間點(diǎn)，作為輸入端或輸出端；?

功率半導(dǎo)體開關(guān)和電容并聯(lián)，并與所述二極管構(gòu)成的支路并聯(lián)連接。?

其中，所述半橋結(jié)構(gòu)的換流器包括兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)模塊和至少一個的電容；?

所述兩個功率半導(dǎo)體開關(guān)模塊同向串聯(lián)后與電容并聯(lián)；?

電容的一端與串聯(lián)連接的功率半導(dǎo)體開關(guān)模塊中間點(diǎn)作為輸入端或輸出端。?

其中，所述功率半導(dǎo)體開關(guān)模塊包括反并聯(lián)的功率半導(dǎo)體開關(guān)和續(xù)流二極管。?

其中，所述機(jī)械開關(guān)的個數(shù)至少為一個。?

其中，所述能量吸收回路包括避雷器或滑動變阻器。?

包括相互串聯(lián)連接并且與通過輸電線路或配電線路的電流通路串聯(lián)連接的至少兩個如權(quán)利要求1至10任一項(xiàng)所述的直流斷路器的第一限流布置，其特征在于，所述的限流布置適合在所述電流通路中電流超過過電流極限時操作一定數(shù)量的所述直流斷路器，使得所述至少兩個直流斷路器的所述機(jī)械開關(guān)和換流單元的電流換向至能量吸收回路。其中，一定數(shù)量依據(jù)超過過電流極限的程度來確定，一般的，其選擇個數(shù)的原則是：使得電流再次下降到低于過電流極限并且至少在某一個時間段內(nèi)保持在預(yù)定于電流值。?

直流斷路器的第二限流布置，包括至少一組并聯(lián)的斷流單元和能量吸收回路，以及串聯(lián)的機(jī)械開關(guān)和換流單元；每組并聯(lián)的斷流單元和能量吸收回路之間串聯(lián)；?

在電流通路中流過超過過電流極限的電流時，操作所述機(jī)械開關(guān)、所述換流單元和并聯(lián)的斷流單元和能量吸收回路，使得流過機(jī)械開關(guān)和換流單元的電流換向到并聯(lián)的斷流單元和能量吸收回路中。?

一種直流斷路器的使用方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：?

A、控制電路控制換流單元的換流器導(dǎo)通，閉合機(jī)械開關(guān)；?

B、控制電路檢測每條支路的電流值，需要開斷回路中的直流電流時，控制電路觸?發(fā)斷流單元中的換流器，如果接收到閉鎖換流單元換流器信號，則閉鎖換流單元換流器；換流電感和換流單元中的電容形成振蕩，將電流轉(zhuǎn)移至斷流回路中；?

C、斷開所述機(jī)械開關(guān)，并使其有足夠的斷口距離；?