[發明專利]直流斷路器的拓撲結構及其控制方法

有效

• 申請號: 201510363533.0
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN104900444B
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 黃永章;衛思明
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H01H33/59
• 分類號: H01H33/59
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，特別涉及直流輸電用的直流斷路器的拓撲結構及其控制方法，尤其涉及一種高性能低成本直流輸、配電網直流斷路器的拓撲方案及其控制策略。

背景技術

直流斷路器是直流輸、配電網中承載額定電流、關斷故障電流、關斷負荷電流的關鍵設備，能夠可靠清除故障電流，防止故障范圍擴大。隨著多端直流輸電技術、智能電網與直流配網技術、分布式電源與直流微網技術的迅速發展，直流斷路器對電網的可靠、優質、經濟運行具有重要意義。但是，由于直流電流沒有自然過零點帶來的滅弧問題、開斷過程中的過電壓和能量吸收等問題也成為直流斷路器研究難點。

目前直流斷路器主要有四種技術路線：采用機械開關直接關斷電流的直流斷路器，動作速度慢，開關不能滿足速動性和經濟性的要求；采用振蕩電路滅弧的直流斷路器，動作時間較長，控制難度也較大；采用電力電子器件的全固態直流斷路器，正常運行時損耗較高，導致向更高電壓等級的擴展性較差；采用機械開關和電力電子器件的混合型直流斷路器。其中，混合型直流斷路器是比較適合于直流輸配電網的應用的。如圖1所示為ABB公司專利WO2011141054A1的混合型直流斷路器電路原理圖,ABB的混合型直流斷路器適用于各種工況，但明顯的缺點是，為實現電流雙向流通和雙向關斷，直流斷路器中的全控型電力電子器件6連接成雙向結構，這就使得器件數量增加一倍，設備成本顯著提高。如圖2所示為國家電網公司智能電網研究院專利201310364653.3的混合型直流斷路器電路原理圖，該專利的主開關的全控型電力電子器件6為單向結構，因此降低了部分成本。但其直流斷路器為實現雙向通流和雙向關斷，其中兩個輔助轉換開關均采用兩個全控型電力電子器件6組成的反并聯結構，并分別與串聯的電阻R1和隔離開關BRK11、串聯的電阻R2和隔離開關BRK21并聯組成，因此其全控型電力電子器件的數量增加一倍；在檢修分閘、合閘等較低電流、電壓應力場合，采用電阻R1和隔離開關BRK11、電阻R2和隔離開關BRK21組成的軟開通電路，并采用避雷器MOV2、交流斷路器BRK3、電感L和電容C組成的直流負荷開關，顯著增加了設備成本和控制的復雜度。

為了應對混合型直流斷路器的高成本問題，直流輸電急需高性能和低成本的混合型直流斷路器。

發明內容

本發明的目的提出一種直流斷路器的拓撲結構及其控制方法，其特征在于，所述直流斷路器的拓撲結構采用“T型”雙向對稱結構；該“T型”雙向對稱結構的直流斷路器由第一電流通路1、第二電流通路2和第三電流通路3構成，第二電流通路2和第三電流通路3并聯后與第一電流通路1的中點連接成雙向對稱的T型結構；第一電流通路1的引出端子a與直流輸配電系統的等值電感L9的一端連接，第一電流通路1的中間引出端子b與第二電流通路2和第三電流通路3并聯后的一端連接，第一電流通路1的另一個引出端子c與直流輸、配電線路連接；第二電流通路2和第三電流通路3并聯后的另一端接地；其中等值電感L9是在直流斷路器運行回路中，包含直流輸配電系統換流器橋臂電感、平波電抗器和線路電感等在內的總的等值電感。

所述第一電流通路1由第一輔助斷路器16和第二輔助斷路器17構成。

所述第二電流通路2至少由一個第三單向全控型電力電子器件63組成，具有斷流作用；其各第三單向全控型電力電子器件63直接串聯，串聯個數根據直流輸、配電線路的高、中、低不同電壓等級決定，且應有一定冗余；所述全控型電力電子器件由一個IGBT器件和一個反向并聯的二極管D構成。

所述第三電流通路3由能量吸收單元組成，能量吸收單元包含至少一個避雷器15，各避雷器15并聯或串聯；其避雷器的額定電壓和殘壓由直流輸、配電網直流側額定電壓、第一輔助斷路器16和第二輔助斷路器17的耐壓水平、第二電流通路2耐壓水平來決定。

所述第一輔助斷路器由第一快速機械開關4和第一換流單元18串聯組成，所述第二輔助斷路器由第二換流單元19和第二快速機械開關14串聯組成；第一輔助斷路器和第二輔助斷路器結構對稱，元件相同。

所述第一換流單元18和由一個第一單向全控型電力電子器件61組成，第二換流單元19由一個第二單向全控型電力電子器件62組成。

所述第一快速機械開關和第二快速機械開關為參數相同的元件；均采用快速機械開關或采用大功率電力電子器件V的雙向反并聯結構；在電流從第一電流通路轉移到第二電流通路后斷開，主要起耐壓作用。

所述大功率電力電子器件包含晶閘管或門極可關斷晶閘管的半控型和全控型器件。