[發明專利]一種分裂電抗型直流限流斷路器

有效

• 申請號: 201710258529.7
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107104423B
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 張志豐;王浩男;邱清泉;肖立業;張國民;許熙;靖立偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02H9/02
• 分類號: H02H9/02;H02H7/26
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種分裂電抗型直流限流斷路器，包括限流單元和第一類開關、第二類開關和第三類開關。其中，限流單元或是非耦合電感、或是非耦合超導電感，或是同名端耦合電感，或是同名端耦合超導電感，或是異名端耦合超導電感。在故障限流過程中，通過第一類開關、第二類開關和第三類開關實現了電感由并聯結構向串聯結構的轉變，從而產生了較大的限流電阻和電感，有效限制了故障電流，提升了限流器的限流能力。

技術領域

本發明涉及一種分裂電抗型直流限流斷路器，特別涉及一種柔性直流電網的高壓直流限流斷路器。

背景技術

隨著風電、太陽能等新能源的開發與應用，基于電壓源型換流器的多端柔性直流輸電技術在直流輸電領域占據越來越重要的位置。風能、太陽能發電等新能源接入電網的最大障礙是其間歇性和不確定性，而柔性直流輸電技術可以有效地控制電能，隔離電網故障的擴散，而且還能根據電網需求，快速、靈活、可調地發出或者吸收一部分能量，從而優化電網的潮流分布、增強電網穩定性、提升電網的智能化和可控性。

多端柔性直流電網的直流側線路上一旦發生短路故障，相當于換流器直流側的電容直接放電，其短路電流會在幾個毫秒到達峰值，最大值一般有幾千安到幾十千安。較大的電流上升率將帶來熱量集中、電弧火花、電磁應力等問題，同時，因為換流器一般采用IGBT或IGCT器件，其反并聯二極管會形成不控整流橋，所以單純控制換流器無法切斷故障電流，短路電流甚至會損壞換流站。直流短路電流沒有過零點，且其峰值和上升速率都要遠遠高于交流電網，因此，給直流短路故障斷開提出了更高的要求。

故障電流的開斷還受到直流斷路器等技術發展的制約。文獻“直流斷路器技術發展綜述”(南方電網技術，2015年02期)給機械斷路器增加并聯諧振電路實現和吸能支路，實現直流開斷。但是，存在開斷和滅弧時間較長的問題。如果采用給并聯諧振電路預充電的方式來提高斷路器的滅弧速度，不但實現難度大，而且開斷速度也難以滿足直流電網的需求。國網智能電網研究院以舟山五端直流網絡的仿真結果為例，得出高壓直流斷路器需分斷15KA的電流(柔性直流輸電網用新型高壓直流斷路器設計方案，電力系統自動化,2013,37(15):95-102.)，ABB于2012年完成的320KV/2KA的混合型高壓直流斷路器(The HybridHVDC Breaker An innovation breakthrough enabling reliable HVDC grids.ABB GridSystems,Technical PaperNov’2012)，可分斷9KA的故障電流，但因造價太高而未投入商用，并且增加開斷容量只能依賴更多IGBT單元的串并聯，這會大幅度增加斷路器成本，降低可靠性。總之，短路故障電流開斷問題成為柔性直流輸電網發展的一個瓶頸。

發明內容

為了克服已有技術的不足，本發明提出一種用于柔性直流電網的直流限流斷路器，本發明結構簡單、成本低，能夠有效限制直流電網故障電流。

本發明采用的技術方案為：

本發明分裂電抗型直流限流斷路器包括n個限流單元U1、U2、……、Un和n個第三類開關W1、W2、……、Wn-1，兩個限流單元之間串聯一個第三類開關，n為正整數。

其中，限流單元U1由第一類開關S11、S12、S13和S14、第二類開關K1和限流器件M1組成，限流器件M1由電感L11和電感L12組成；限流單元U2由第一類開關S21、S22、S23和S24、第二類開關K2和限流器件M2組成，限流器件M2由電感L21和電感L22組成；依次類推，限流單元Un由第一類開關Sn1、Sn2、Sn3和Sn4、第二類開關Kn和限流器件Mn組成，限流器件Mn由電感Ln1和電感Ln2組成。