[發明專利]一種柔性電網中的高壓直流斷路器配置方案

在審

• 申請號: 201711016719.4
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN107887892A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 許建中;趙天一;俞永杰;趙堅鵬;趙成勇
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02H7/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種限流式高壓直流斷路器，屬于高壓、特高壓直流輸電領域。

背景技術

近年來，隨著儲能技術的不斷進步，分布式電源的快速發展，直流負荷的日益增加，以及由于具有傳輸容量大、線損低、可靠性高等優勢，直流電網受到了人們的關注。建立直流電網，可以充分實現多種能源形式、多時間尺度、大空間跨度、多用戶類型之間的互補是未來電網的重要發展方向。

國際大電網會議（CIGRE）工作組 B4-52 的技術報告對直流電網所作的定義是: 直流電網是由多個網狀和輻射狀聯接的換流器組成的直流網絡。然而建立直流電網仍然面臨著幾大難點，其中的一大關鍵技術是實現直流側故障的隔離。由于直流側的低阻抗特性，短路故障電流上升率比較大，將嚴重危及系統中的相關電氣設備。為了嚴格防止直流故障給直流系統和換流器造成損害，理論上要求直流保護能在毫秒級的時間內完成全套動作( 包括故障檢測和清除故障電流)。由于半橋型 MMC 橋臂中與IGBT 反并聯的續流二極管可為故障電流提供通路，在直流側短路時無法通過閉鎖換流器來切斷短路電流。因此為快速限制并切斷故障電流，以維持直流電網安全穩定運行并保護關鍵設備，高壓直流斷路器成為有效甚至唯一技術手段。

近年來的高壓直流斷路器主要有 3 種技術路線:

（1）基于常規開關的傳統機械式斷路器。

（2） 基于電力電子器件的全固態式斷路器。

（3） 基于二者結合的混合式斷路器。

混合式斷路器用快速機械開關導通正常運行電流，電力電子開關分斷故障電流，在保證分斷容量和動作速度的前提下降低通態損耗，具有良好的研究與應用前景。缺點是關斷電流取決于電力電子支路中器件數量，需要大量的電力電子器件造成高壓直流斷路器造價昂貴且占地面積大，對于如何減少電力電子器件并將如何該斷路器配置到直流電網進行實際運行，這已經成了迫切需要。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種新型拓撲結構的高壓直流斷路器。

本發明的目的在于克服當前高壓直流斷路器使用電力電子器件較多，造價昂貴的情況。本發明所采用的技術方案是：在本文所提到的配置方案中，把換流站一側的斷路器里Main Breaker部分之前含有的N個IGBT與和它放置方向相反的N個二極管，換成N1個IGBT 和與之配對的方向二極管與N2個方向二極管組成，其中2N1+N2<2N。這么配置的原因一方面是因為：當段保護因為某種原因拒動時，流過的換流器一側的故障電流不是很大，采用這種拓撲結構可以在較短的時間內切除故障。另一方面，當發生母線故障時流過斷路器的電流為單向電流不需要配置反向的IGBT所以可以減少IGBT裝置的數量。

與現有技術相比，本發明具有的優勢為：

在換流器出口處斷路器Main Breaker中使用的IGBT數量遠少于傳統斷路器使用斷路器數量，可以較為明顯的減少斷路器造價。

附圖說明

下面結合附圖對本發明進一步說明。

圖1示出了采用IGBT的一種新型混合式高壓直流斷路器電路示意圖，具有雙向關斷能力，且雙向關斷最大電流不同。其中：1虛線框內為超快速開關，2虛線框內為負載換相開關，3虛線框內為包括N1個正向IGBT反并聯二極管和N2個負向IGBT反并聯二極管的主開關，4為避雷器。

圖2示出了一種以四端直流電網為例的高壓直流直流斷路器配置方案示意圖，各斷路器具有相同的正向關斷最大電流，但負向關斷最大電流取決于該斷路器所在位置。其中：黑色端表示高壓直流斷路器正方向，以A端為例，A1、A2為靠近直流線路的高壓直流斷路器，以遠離母線為正方向，A3為換流站側高壓直流斷路器，以靠近母線為正方向；A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2所示的高壓直流斷路器主開關中N1、N2比例根據系統故障特性分析；A3、B3、C3、D3所示的高壓直流斷路器主開關中N2為0。

具體實施方式

下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。

如圖1所示，在正常情況下負載電流流過超快速開關、負載換向開關所在通路，此時超快遞開關處于閉合狀態，負載換向開關對應方向的IGBT處于導通狀態，主開關雙向IGBT都處于關斷狀態。