[發(fā)明專利]一種直流限流斷路器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610152868.2
• 申請(qǐng)日: 2016-03-17
• 公開（公告）號(hào): CN105811381B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張志豐;郭騰炫;楊嘉彬;邱清泉;肖立業(yè);張國(guó)民;劉怡;許熙;靖立偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院電工研究所
• 主分類號(hào): H02H7/26
• 分類號(hào): H02H7/26
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司11251
• 代理人: 關(guān)玲

1.一種直流限流斷路器，其特征是：所述的直流限流斷路器包括限流器(23)、機(jī)械斷路器(24)、換流器(21)、線路短路阻抗(22)、負(fù)載(28)和A相交流電源(25)、B相交流電源(26)和C相交流電源(27)；線路短路阻抗(22)、限流器(23)、機(jī)械斷路器(24)和負(fù)載(28)依次串聯(lián)，連接在換流器(21)第一輸出端(4)和第二輸出端(8)之間；A相交流電源(25)、B相交流電源(26)和C相交流電源(27)的一端并聯(lián)，A相交流電源(25)、B相交流電源(26)和C相交流電源(27)的另一端分別與換流器(21)的第一輸入端(1)、第二輸入端(2)和第三輸入端(3)相連，組成直流限流斷路器；

所述的換流器(21)由第一IGBT開關(guān)管(31)、第二IGBT開關(guān)管(32)、第三IGBT開關(guān)管(33)、第四IGBT開關(guān)管(34)、第五IGBT開關(guān)管(35)、第六IGBT開關(guān)管(36)和電容器(37)組成；第一IGBT開關(guān)管(31)和第二IGBT開關(guān)管(32)串聯(lián)、第三IGBT開關(guān)管(33)和第四IGBT開關(guān)管(34)串聯(lián)、第五IGBT開關(guān)管(35)和第六IGBT開關(guān)管(36)串聯(lián)、三個(gè)串聯(lián)支路與電容器(37)并聯(lián)組成換流器(21)；其中，第一IGBT開關(guān)管(31)的一端和第二IGBT開關(guān)管(32)一端與第三輸入端(3)相連；第三IGBT開關(guān)管(33)的一端和第四IGBT開關(guān)管(34)的一端與第二輸入端(2)相連；第五IGBT開關(guān)管(35)的一端和第六IGBT開關(guān)管(36)的一端與第一輸入端(1)相連；第一IGBT開關(guān)管(31)的另一端、第三IGBT開關(guān)管(33)的另一端和第五IGBT開關(guān)管(35)的另一端與第一輸出端(4)相連；第二IGBT開關(guān)管(32)的另一端、第四IGBT開關(guān)管(34)的另一端和第六IGBT開關(guān)管(36)的另一端與第二輸出端(8)相連；電容器(37)連接在第一輸出端(4)和第二輸出端(8)之間；

所述的線路短路阻抗(22)由短路電阻(41)和短路電感(42)組成，短路電阻(41)和短路電感(42)串聯(lián)，連接在第一連接點(diǎn)(4)和第二連接點(diǎn)(5)之間；

所述的直流限流斷路器的參數(shù)設(shè)計(jì)方法如下；

電容器(37)放電過程表示為：

(L+Lf)Cd2udcdt2+(R+Rf)Cdudcdt+udc=0---(1)]]>

對(duì)于欠阻尼振蕩，滿足的條件：

Rf+R<2(L+Lf)/C---(2)]]>

放電過程呈欠阻尼振蕩過程，由式(1)可得：

udc=U0ω0ω1e-δ1tsin(ω1t+β1)i=U0ω1(L+Lf)e-δtsin(ω1t)---(3)]]>

式中，

ω1=1(L+Lf)C-(R+Rf2(L+Lf))2δ1=R+Rf2(L+Lf)ω0=δ12+ω12β1=arctanω1/δ1---(4)]]>

式中，ω₀為第一諧振角頻率、ω₁為第二角頻率,β₁為初始相位角,δ₁為固有時(shí)間常數(shù)；

根據(jù)欠阻尼振蕩特點(diǎn)，在t_m1＝β₁/ω₁時(shí)，直流線路電流I_pm1達(dá)到最大值：

Ipm1=U0ω1(L+Lf)e-δ1tm1sinβ1---(5)]]>

式中，I_pm1為直流線路電流最大值；t_m1為最大電流時(shí)刻；

根據(jù)欠阻尼振蕩特點(diǎn)，在t_m2＝π/ω₁時(shí)，直流線路電流為零，為經(jīng)過機(jī)械斷路器(24)的斷開創(chuàng)造了條件；在無(wú)需外加振蕩回路和吸能回路的情況下，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械斷路器在直流工況下的快速斷開；即電流過零時(shí)刻t_m2表示為：

tm2=π/1(L+Lf)C-(R+Rf2(L+Lf))2---(6)]]>

其中：t_m2為電流過零時(shí)刻，C為電容器(37)的電容，L為短路電感(42)的電感，R為短路電阻(41)電阻，L_f為限流電感(52)電感，R_f為限流電阻(51)電阻，U₀為電容器(37)的預(yù)充電電壓，u_dc為電容器(37)的暫態(tài)電壓，I₀為短路電感(42)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電流；i為短路電感(42)的暫態(tài)電壓；

通過限流器與電容器的配合放電，在無(wú)需外加振蕩回路和吸能回路的情況下，實(shí)現(xiàn)機(jī)械斷路器在直流工況下的快速直流故障電流斷開。