[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

技術領域

本發明涉及一種直流系統的斷路器，具體涉及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。

背景技術

隨著基于電壓源換流器（VSC）的多端柔性直流和直流電網技術的開始應用，快速直流斷路器成為保證系統穩定安全可靠運行的關鍵設備之一。在交流系統中，交流電流在一個周期內存在兩個自然過零點，交流斷路器正是利用電流的自然過零點關斷電流，而在直流系統中，直流電流不存在自然過零點，因此直流電流的開斷遠比交流電流的開斷困難。

開斷直流電流通常有三種方式，一種是在常規交流機械斷路器的基礎上，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械式斷路器，在分斷時間上無法滿足多端柔性直流輸電系統的要求；一種是利用大功率可關斷電力電子器件，直接分斷直流電流，利用這種原理制造的固態斷路器，在時間上雖然可以滿足多端柔性直流系統的要求，但在正常導通時的損耗過大，經濟性較差；一種是采用機械開關和電力電子器件混合的方式，正常運行由機械開關通流，故障時分斷機械開關，利用產生的電弧電壓將電流轉移至并聯連接的電力電子器件支路中，然后由電力電子器件分斷電流?；谠撛頂嗦菲骷葴p低了通態損耗，又提高了分斷速度，但是需要使用大量的全控器件串聯，技術難度大，制造成本高，而且當短路電流超過單個全控器件所能耐受電流峰值時，其成本將接近翻倍。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種半控型有源注入電流式高壓直流斷路器，另一目的是提供一種半控型有源注入電流式高壓直流斷路器的實現方法，本發明基于傳統有源注入電流方式分斷直流電流原理，在此基礎上加入半控型電力電子器件，并采用高速機械開關，保持了在正常導通時低損耗的優點，而且能夠實現快速、無弧地分斷雙向電流。電路拓撲結構簡單，控制簡便，技術成熟，易于實現，分斷電流能力大，耐受電壓等級高，擴展能力強，且使用的電力電子器件數目少，極大程度上降低了成本。

本發明的目的是采用下述技術方案實現的：

本發明提供一種半控型有源注入電流式高壓直流斷路器，其改進之處在于，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。

其中，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（主支路上的晶閘管只需要單只，保證低損耗）；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。

其中，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。

其中，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。

其中，所述二極管閥串聯支路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。

其中，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。

其中，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。

其中，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。