[發(fā)明專利]一種基于電容換流單元的限流式直流斷路器及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711034044.6
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107863760B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王興國;王江天;周澤昕;郭雅蓉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電力科學(xué)研究院有限公司;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02H3/087;H02H9/02;H02J3/36
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

本發(fā)明提供了一種基于電容換流單元的限流式直流斷路器及其控制方法，限流式直流斷路器包括主流通支路、強(qiáng)制轉(zhuǎn)移支路、輔助支路以及能量吸收支路，控制方法包括限流式直流斷路器的導(dǎo)通控制過程和關(guān)斷控制過程。本發(fā)明提供的技術(shù)方案在直流線路正常工作情況下，直流線路的正常工作電流不經(jīng)過強(qiáng)制轉(zhuǎn)移支路中的第一限流電感和第二限流電感，使得柔性直流輸電系統(tǒng)不會出現(xiàn)弱阻尼且不會產(chǎn)生低頻振蕩，保證了柔性直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性；且通過設(shè)置電容換流單元大大降低了直流斷路器的設(shè)計成本，并解決了電力電子器件串聯(lián)所需的動態(tài)均壓問題，使基于電容換流單元的限流式直流斷路器具有極好的動態(tài)性能，進(jìn)而更適用于高壓或特高壓直流輸電。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于電容換流單元的限流式直流斷路器及其控制方法。

背景技術(shù)

隨著柔性直流輸電技術(shù)逐漸擴(kuò)展到架空線輸電場合，故障線路的快速識別和隔離顯得尤為重要。柔性直流輸電可以采用架空線路或電纜線路實現(xiàn)輸電，相比于電纜線路，架空線路易發(fā)生短路和閃絡(luò)等瞬時故障，必須采取相應(yīng)措施隔離發(fā)生故障的線路，避免整個柔性直流輸電系統(tǒng)停運(yùn)。直流斷路器作為隔離故障直流線路的核心設(shè)備受到了高度重視。目前，直流斷路器可實現(xiàn)最小范圍內(nèi)的故障切除，保證剩余部分的正常運(yùn)行，是最理想的故障隔離手段。

傳統(tǒng)的混合式直流斷路器由旁通支路和主斷路器并聯(lián)構(gòu)成，其中的旁通支路由快速機(jī)械開關(guān)和電流轉(zhuǎn)移開關(guān)串聯(lián)構(gòu)成，主斷路器由多個開關(guān)單元串聯(lián)而成。每個開關(guān)單元均包括若干正、反向串聯(lián)的IGBT及反并聯(lián)二極管，并配備獨(dú)立的避雷器。但混合式直流斷路器在高壓柔性直流電網(wǎng)中需要串并聯(lián)大量IGBT，以承受斷開直流電流時產(chǎn)生的直流暫態(tài)電壓。由于IGBT數(shù)量太多，且無法保證IGBT的動作一致性，導(dǎo)致傳統(tǒng)的混合式直流斷路器可靠性差，且成本高。雖然混合式直流斷路器可以將主斷路器結(jié)構(gòu)變?yōu)槿珮蜃幽K結(jié)構(gòu)，每個全橋子模塊串聯(lián)兩個以上、相同數(shù)量的全控型功率開關(guān)器件，通過直流故障期間直流電流對直流電容的充電效應(yīng)隔離直流故障電流。但該結(jié)構(gòu)子模塊元器件數(shù)量多，且成本依然高。

同時，為降低故障電流的上升速率，減小直流斷路器承受的開斷電流應(yīng)力，現(xiàn)有的直流斷路器拓?fù)渚O(shè)有限流電感。在故障電流過大的場合，為了保證較好的故障電流抑制效果，限流電感往往設(shè)置較大，但是限流電感的增大不僅增加直流斷路器的設(shè)計成本，還將影響整個柔性直流輸電系統(tǒng)的動態(tài)特性，會導(dǎo)致整個柔性直流輸電系統(tǒng)某些模態(tài)呈現(xiàn)弱阻尼，從而引起整個柔性直流輸電系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)置感值較大的限流電感導(dǎo)致的直流斷路器設(shè)計成本增加以及柔性直流輸電系統(tǒng)不穩(wěn)定的不足，本發(fā)明提供一種基于電容換流單元的限流式直流斷路器及其控制方法，

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種基于電容換流單元的限流式直流斷路器，包括：

主流通支路，用于實現(xiàn)直流線路正常工作電流的雙向?qū)ǎ?/p>

強(qiáng)制轉(zhuǎn)移支路，將主流通支路上直流線路的故障電流轉(zhuǎn)移到強(qiáng)制轉(zhuǎn)移支路，并降低故障電流的幅值和上升速率；

輔助支路，用于實現(xiàn)主流通支路或強(qiáng)制轉(zhuǎn)移支路的導(dǎo)通；

能量吸收支路，用于吸收強(qiáng)制轉(zhuǎn)移支路中電容換流單元存儲的直流線路的能量。

所述能量吸收支路與主流通支路和強(qiáng)制轉(zhuǎn)移支路并聯(lián)，所述輔助支路與主流通支路或強(qiáng)制轉(zhuǎn)移支路串聯(lián)。

所述強(qiáng)制轉(zhuǎn)移支路包括第一電容換流單元、與第一電容換流單元串聯(lián)的第一限流電感、第二電容換流單元以及與第二電容換流單元串聯(lián)的第二限流電感。

所述第一電容換流單元包括第一儲能電容、第一卸能電阻、第一機(jī)械開關(guān)、第一上橋臂、第一下橋臂、第二上橋臂和第二下橋臂；

所述第一上橋臂和第一下橋臂串聯(lián)，第二上橋臂和第二下橋臂串聯(lián)，且第一卸能電阻與第一機(jī)械開關(guān)串聯(lián)后，與第一儲能電容并聯(lián)。