[發明專利]一種高壓直流斷路器拓撲電路

有效

• 申請號: 201410406590.8
• 申請日: 2014-08-18
• 公開（公告）號: CN104158171B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 高陽;魏曉光;高沖;賀之淵;周萬迪
• 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;華北電網有限公司
• 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

本發明涉及一種拓撲電路，具體涉及一種高壓直流斷路器拓撲電路。

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；最后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，故障時將主支路的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。ABB目前提出的申請號為200980162538.X介紹的斷路器就屬于這類方式，該申請提供一種使輸電線路或配電線路的電流斷路的裝置和方法以及限流布置，電流斷路的裝置包括主斷路器和非線性電阻器的并聯連接，其中主斷路器包括第一電流方向的至少一個功利半導體開關。還包括至少一個機械開關的高速開關和輔助斷路器的串聯連接，輔助斷路器相比主斷路器有更小的導通電阻，并且包括第一電流方向的至少一個功率半導體開關。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種高壓直流斷路器拓撲電路，電路拓撲結構簡單，分斷過程中有穩定的電流過零點，控制簡便，應用靈活，易于實現，分斷電流能力大，耐受電壓等級高，擴展能力強，設備成本低。

為了實現上述發明目的，本發明采取如下技術方案：

本發明提供一種高壓直流斷路器拓撲電路，所述拓撲電路包括主支路、電流轉移支路和能量吸收支路；所述主支路、電流轉移支路和能量吸收支路相互并聯。

所述能量吸收支路包括非線性電阻器。

所述主支路包括串聯的第一主支路和第二主支路；所述第一主支路和第二主支路均包括快速機械開關、LC放電回路和電力電子器件。

所述電流轉移支路包括串聯的第一全控型器件和第二全控型器件；所述第一全控型器件和第二全控型器件分別與第一主支路和第二主支路并聯。

所述第一全控型器件和第二全控型器件均采用帶有反并聯二極管的晶體管或兩個晶體管反并聯結構。

所述電力電子器件采用第三全控型器件或第一半控型器件；所述第三全控型器件采用帶有反并聯二極管的晶體管，所述第一半控型器件為兩個晶閘管反并聯結構；

所述LC放電回路包括電感L、電容C和第二半控型器件，所述電感L一端連接第三全控型器件，另一端連接快速機械開關，所述電容C和第二半控型器件串聯后并聯在電感L的兩端；所述第二半控型器件采用晶閘管或兩個晶閘管反并聯結構。

所述第一全控型器件和第二全控型器件均采用兩個晶體管串聯結構或兩個帶有反并聯二極管的晶體管串聯結構。

所述主支路包括快速機械開關、LC放電回路和電力電子器件；

所述電力電子器件采用二極管；

所述LC放電回路包括電感L、電容C和晶閘管；所述電感L一端連接二極管，另一端連接快速機械開關，所述電容C和晶閘管串聯后并聯在電感L的兩端。

所述電流轉移支路包括兩個串聯的晶體管。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

1、本發明所提斷路器正常運行時，由快速機械開關和少量電力電子器件流通，通態損耗小，通流能力強；

2、本發明所提斷路器通過主回路中串聯了半導體，實現主回路電流轉移完成后電流過零點維持一段時間，從而可以使機械開關實現無弧分斷，能夠延長開關的使用壽命，提高開關的分斷速度，易于實現開關串聯連接時的均壓問題；

3、本發明所提斷路器拓撲采用了LC振蕩電路完成轉移電流，主支路半導體選擇多樣化，可以選擇不控型、半控型或全控型半導體，可根據具體使用場合需要更改；

4、本發明所提斷路器擴展應用性，強易于實現模塊化設計，應用于高電壓等級時，在技術和經濟上優勢更為明顯；

7、本發明所提斷路器結構新穎、控制簡單，應用靈活，動作迅速，設備成本低，耐受電壓等級高，且易于擴展至不同電壓等級直流電網，包含傳統特高壓直流電網。

附圖說明