[發明專利]一種半控型有源注入電流式高壓直流斷路器及其實現方法

有效

• 申請號: 201310279787.5
• 申請日: 2013-07-04
• 公開（公告）號: CN103337851A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 周萬迪;羅湘;劉遠;張寧;吳亞楠
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網智能電網研究院;中電普瑞電力工程有限公司
• 主分類號: H02J1/00
• 分類號: H02J1/00
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

1.一種半控型有源注入電流式高壓直流斷路器，其特征在于，所述斷路器包括高速開關-晶閘管模塊支路、以及與該支路并聯的非線性電阻器支路和橋式電路；電容器-電抗器串聯支路和電阻-晶閘管閥串聯支路并聯后連接于所述橋式電路兩個橋臂的中點處；在電容器兩端并聯有充電回路。

2.如權利要求1所述的半控型有源注入電流式高壓直流斷路器，其特征在于，所述高速開關-晶閘管模塊支路包括串聯連接的高速開關K和至少一組晶閘管模塊，所述晶閘管模塊由反方向并聯的晶閘管T₁₀和晶閘管T₂₀組成；所述高速開關K由至少一個機械開關組成，當包括兩個以上機械開關時，為串聯結構。

3.如權利要求2所述的半控型有源注入電流式高壓直流斷路器，其特征在于，所述晶閘管模塊或由IGBT模塊實現，所述IGBT模塊包括兩個反方向串聯的IGBT，所述IGBT兩端均并有反向續流二極管D。

4.如權利要求1所述的半控型有源注入電流式高壓直流斷路器，其特征在于，所述非線性電阻器支路采用金屬氧化物限壓器MOV實現；

由二極管閥串聯支路和晶閘管閥串聯支路并聯后分別組成所述橋式電路的兩個橋臂，所述二極管閥串聯支路由反方向串聯的二極管閥D₁和二極管閥D₂組成；所述晶閘管閥串聯支路由反方向串聯的晶閘管閥T₁和晶閘管閥T₂組成。

5.如權利要求4所述的半控型有源注入電流式高壓直流斷路器，其特征在于，所述二極管閥串聯支路或由晶閘管閥串聯支路代替，所述晶閘管閥串聯支路由反向串聯的晶閘管閥T₄和晶閘管閥T₅實現；

二極管閥均由二極管串聯組成；晶閘管閥均由晶閘管串聯組成。

6.如權利要求1所述的半控型有源注入電流式高壓直流斷路器，其特征在于，所述充電回路包括直流電源DC、至少一個全控器件、晶閘管閥T₆串聯支路和電容器C；所述直流電源DC通過至少一個全控器件和晶閘管閥T₆串聯支路與電容器C相連；所述全控器件采用IGBT以及與其反并聯的二極管實現；所述晶閘管閥T₆串聯支路由晶閘管串聯組成。

7.如權利要求1所述的半控型有源注入電流式高壓直流斷路器，其特征在于，所述電容器-電抗器串聯支路由電容器C和電抗器L串聯組成；所述電阻-晶閘管閥串聯支路由電阻R與晶閘管閥T₃串聯組成。

8.如權利要求7所述的半控型有源注入電流式高壓直流斷路器，其特征在于，所述電阻-晶閘管閥串聯支路或由電阻R、晶閘管閥T₃和電抗器L₁串聯組成。

9.一種半控型有源注入電流式高壓直流斷路器的實現方法，其特征在于，所述方法針對直流系統正常運行和發生接地短路故障兩種情況實施不同的操作；當發生接地短路故障時，通過控制充電回路中的全控器件實現直流電源DC與電容器C的隔離。

10.如權利要求9所述的半控型有源注入電流式高壓直流斷路器的實現方法，其特征在于，當直流系統正常運行時，所述高速開關K閉合，晶閘管T₂₀和T₁₀保持觸發，電流經高速開關K和晶閘管模塊流通，晶閘管閥T₁、T₂、T₃保持閉鎖，充電回路全控器件和晶閘管閥T₆觸發對電容C充電。

11.如權利要求9所述的半控型有源注入電流式高壓直流斷路器的實現方法，其特征在于，當直流系統發生接地短路故障時，首先閉鎖充電回路中全控器件，將直流電源DC與電容器C隔離，同時停發晶閘管T₂₀和T₁₀的觸發脈沖；隨后依據短路電流方向，觸發晶閘管閥T₁或者T₂，預充電電容器C經過電抗器L放電注入方向電流，流過高速開關K的短路電流向晶閘管閥T₂、電容器C、電抗器L和二極管閥D₂所在支路，或者晶閘管閥T₁、電容器C、電抗器L和二極管閥D₁所在支路轉移直至過零；

高速開關-晶閘管模塊支路電流過零后，分斷高速開關K；

短路電流對電容器C充電，電容器C電壓極性反轉并逐漸增大，達到第一電壓水平時，非線性電阻器阻抗降低，短路電流轉移至非線性電阻器支路中被消耗吸收，斷路器完成分斷；所述第一電壓水平指的是高于系統電壓的電壓水平；

在短路電流完全轉移至非線性電阻器支路后，觸發晶閘管閥T₃，電容器C電壓將會振蕩反向，電阻R消耗能量，電容器C電壓恢復至斷路器動作前的預充電電壓水平，隨后觸發充電回路，維持電容器C電壓，使斷路器準備投入下一次使用。