[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于柔性直流輸電的直流斷路裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710665510.4
• 申請(qǐng)日: 2017-08-07
• 公開（公告）號(hào): CN107516876A
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳延俊;董亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海科梁信息工程股份有限公司
• 主分類號(hào): H02H7/26
• 分類號(hào): H02H7/26
• 代理公司: 上海晨皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)31260
• 代理人: 成麗杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實(shí)施例涉及電力電子與電力傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于柔性直流輸電的直流斷路裝置。

背景技術(shù)

近年來，直流輸電技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。特別是基于模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的直流輸電技術(shù)，其具有無功功率、有功功率獨(dú)立可控，無需濾波裝置與無功補(bǔ)償裝置，潮流反轉(zhuǎn)時(shí)電壓極性不改變等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的關(guān)注與應(yīng)用。其中，高壓直流輸電(High-Voltage Direct Current，HVDC)，主要用于大功率、長距離輸電；中低壓直流輸電技術(shù)(Middle-Voltage Direct Current，MVDC以及Low-Voltage Direct Current，LVDC)則在直流微電網(wǎng)，船舶配電網(wǎng)等方面得到了關(guān)注。

直流斷路器是構(gòu)建直流輸電網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備之一。區(qū)別于交流輸電，直流輸電由于沒有電流過零點(diǎn)，且線路阻抗更低，比起交流斷路器，直流斷路器在滅弧能力方面，控制保護(hù)速度方面都具有更高的設(shè)計(jì)難度。

現(xiàn)有的直流斷路器按類型可以分為以下三種，分別是基于常規(guī)開關(guān)的“機(jī)械式斷路器”、基于純電力電子器件的“固態(tài)斷路器”和基于二者結(jié)合的“混合式斷路器”。其中，機(jī)械式斷路器受到使用壽命、分?jǐn)嗨俣鹊南拗疲阅茏畹停褂脠龊献钌佟９虘B(tài)斷路器與混合式斷路器的區(qū)別在于：固態(tài)斷路器依靠電力電子器件創(chuàng)造電流過零點(diǎn)，并依靠電力電子開關(guān)器件分?jǐn)嚯娏鳎秉c(diǎn)是開關(guān)器件存在通態(tài)損耗，難以用于高壓直流輸電。而混合式斷路器則是依靠電力電子器件創(chuàng)造電流過零點(diǎn)，并配合機(jī)械式開關(guān)分?jǐn)嚯娏鳎蚴菣C(jī)械分?jǐn)嚯娏鲿r(shí)先不考慮電流過零，再依靠電力電子器件電路對(duì)機(jī)械開關(guān)進(jìn)行快速滅弧。

上述傳統(tǒng)直流斷路器的工作流程可以分為兩種，其一是：A.檢測(cè)到故障，B.創(chuàng)造電流過零點(diǎn)，C.分?jǐn)噍旊娋€路。第一種工作流程通常適用于固態(tài)式、混合式斷路器；其二是：A.檢測(cè)到故障，B.強(qiáng)行分?jǐn)噍旊娋€路，C.滅弧，第二種工作流程通常適用于機(jī)械式、混合式斷路器。

從分?jǐn)嗨俣确治觯谝环N分?jǐn)喾绞綌嗦菲髟诜謹(jǐn)嗲靶枰樞驁?zhí)行2個(gè)步驟(即檢測(cè)到故障并創(chuàng)造電流過零點(diǎn))，而第二種分?jǐn)喾绞綌嗦菲髟诜謹(jǐn)嗲爸恍枰獔?zhí)行1個(gè)步驟(即檢測(cè)到故障)。不過由于第二類斷路器包括機(jī)械結(jié)構(gòu)，分?jǐn)鄷r(shí)間可能反而慢于第一種分?jǐn)喾绞街械墓虘B(tài)式斷路器。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問題：其中，現(xiàn)有技術(shù)之一公開了一種諧振型的固態(tài)直流斷路器，主回路用了1個(gè)晶閘管開關(guān)控制電路的通斷，輔助回路則包含了2個(gè)電感，1個(gè)電容，4個(gè)晶閘管和1個(gè)二極管。在檢測(cè)到故障之后，通過對(duì)輔助回路中晶閘管的控制，產(chǎn)生LC諧振，制造主回路電流過零點(diǎn)。該種方案的缺點(diǎn)是，通過控制來產(chǎn)生電流過零點(diǎn)速度慢且控制部分等的硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。現(xiàn)有技術(shù)之二公開了一種混合型直流斷路器結(jié)構(gòu)。主回路采用機(jī)械開關(guān)控制電路通斷，輔助滅弧回路則包含了2路吸收電容串聯(lián)開關(guān)器件，利用電容吸收浪涌電流達(dá)到滅弧的目的。該種方案的缺點(diǎn)是分?jǐn)鄷r(shí)電流不為零，機(jī)械開關(guān)處產(chǎn)生電弧，易老化，維護(hù)成本高，而且對(duì)于高速機(jī)械開關(guān)有很高的要求。現(xiàn)有技術(shù)之三公開了一種直流配電網(wǎng)全固態(tài)直流斷路器，其為全固態(tài)式斷路器，沒有機(jī)械器件，缺點(diǎn)是斷路器正常工作時(shí)工作電流需要通過4個(gè)電力電子開關(guān)器件，通態(tài)壓降大，對(duì)于散熱有一定的要求。現(xiàn)有技術(shù)之四公開了一種基于SiC MOSFET的固態(tài)直流斷路器及其控制方法，其利用了第三代半導(dǎo)體材料碳化硅場效應(yīng)管，并且利用了電容耦合方式驅(qū)動(dòng)MOS管，使MOS管不再需要傳統(tǒng)RCD緩沖電路便可實(shí)現(xiàn)均壓。該種方案的缺點(diǎn)同樣是，元器件過多，導(dǎo)致可靠性下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施方式的目的在于提供一種應(yīng)用于柔性直流輸電的直流斷路裝置，其可以在直流配電網(wǎng)輸出側(cè)后端發(fā)生故障時(shí)主動(dòng)創(chuàng)造電流過零點(diǎn)，從而可以在檢測(cè)到故障時(shí)直接切斷，進(jìn)而可以提高分?jǐn)嗨俣取?/p>

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種應(yīng)用于柔性直流輸電的直流斷路裝置，包括：功率開關(guān)、控制單元以及分?jǐn)噍o助單元；所述功率開關(guān)的第一端用于連接所述直流配電網(wǎng)的輸入側(cè)，所述功率開關(guān)的第二端連接所述分?jǐn)噍o助單元，所述功率開關(guān)的控制端連接所述控制單元的輸出端；所述分?jǐn)噍o助單元還用于連接所述直流配電網(wǎng)的輸入負(fù)端、輸出正端以及輸出負(fù)端，并用于在所述直流配電網(wǎng)輸出側(cè)后端短路時(shí)產(chǎn)生電流過零點(diǎn)以便所述控制單元切斷所述功率開關(guān)；所述控制單元用于在檢測(cè)到所述直流配電網(wǎng)輸出側(cè)后端短路故障時(shí)切斷所述功率開關(guān)。