[發(fā)明專利]一種橋式固態(tài)直流斷路器及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810122692.5
• 申請日: 2018-02-07
• 公開（公告）號: CN108322205B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王順亮;舒稷;劉天琪
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: H03K17/567
• 分類號: H03K17/567;H03K17/081
• 代理公司: 成都禾創(chuàng)知家知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51284
• 代理人: 李小華

本發(fā)明公開了一種橋式固態(tài)直流斷路器及其控制方法，包括能量吸收支路、四條橋臂和橋路；橋臂二三由全控器件和避雷器并聯(lián)；橋臂一四由不可控器件和電容器串聯(lián)；橋路由兩條支路反向并聯(lián)，支路一為正向串聯(lián)半控器件，支路二由電阻和不可控器件串聯(lián)；通態(tài)電流流過橋臂二三及支路一的半控器件，直流側(cè)故障時全控器件關(guān)斷，電流向橋臂一四電容充電，流過支路二并在其電阻上形成電壓；該電壓在支路一上表現(xiàn)為反向電壓，使其半控器件關(guān)閉；半控器件關(guān)斷后，電容電壓升高至直流系統(tǒng)額定電壓，電流被阻斷，系統(tǒng)所剩能量由能量吸收支路吸收。本發(fā)明可快速的關(guān)斷直流電流，且用橋路半控器件承擔(dān)主要電壓，減少了全控器件的使用量，減少了投資和通態(tài)的損耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高壓直流輸電直流斷路器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于半控器件和全控器件的橋式固態(tài)直流斷路器及其控制方法。

背景技術(shù)

近幾年來柔性直流的發(fā)展十分迅速，柔性直流輸電保護(hù)所需的直流斷路器也成為研究的熱點。直流斷路器需要非常迅速的切斷直流電流防止電流增大到換流站的IGBT閉鎖。但是由于柔性直流網(wǎng)絡(luò)的電感很小，故障時候電流增大的很快，直流斷路器需要在非常短的時間里面切斷很大的直流電流。

已經(jīng)提出的直流斷路器的拓?fù)浜芏啵饕譃?類：機械式，全固態(tài)，混合式。1）機械式直流斷路器，在傳統(tǒng)機械開關(guān)的基礎(chǔ)上并聯(lián)LC回路，利用LC創(chuàng)造開斷時候機械開關(guān)的過零點，使得機械開關(guān)開斷時候的電弧熄滅。2）全固態(tài)直流斷路器的主要支路用全控器件串聯(lián)而成，故障時候關(guān)斷全控器件。這樣的斷路器可以快速切斷短路電流但是全控器件的導(dǎo)通內(nèi)阻較大，導(dǎo)致了通態(tài)損耗很大。3）混合式直流斷路器通態(tài)電流支路由機械開關(guān)和少量全控器件并聯(lián)而成，開斷支路由全控器件串聯(lián)而成。故障時候通態(tài)電流支路全控器件關(guān)斷，開斷電流支路全控器件打開，電流轉(zhuǎn)移到開斷電流支路，電流轉(zhuǎn)移完成之后機械開關(guān)開始打開，機械開關(guān)打開過程持續(xù)2-3ms。機械開關(guān)開斷之后，開斷支路固態(tài)開關(guān)開斷直流電流。該斷路器開斷過程復(fù)雜、開斷時間較長、大量使用全控器件導(dǎo)致投資巨大。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于半控器件和全控器件的橋式固態(tài)直流斷路器及其控制方法，能夠快速開斷大電流的直流斷路器，同時通態(tài)損耗較小，顯著降低投資成本。技術(shù)方案如下：

一種基于半控器件和全控器件的橋式固態(tài)直流斷路器，包括能量吸收支路和與之并聯(lián)的電橋電路；能量吸收支路由避雷器構(gòu)成，用于吸收系統(tǒng)關(guān)斷之后的能量；電橋電路包括四個橋臂和橋臂之間的橋路；

第一橋臂和第四橋臂均由電容和不可控器件串聯(lián)而成，用于緩沖全控器件開斷過程；第二橋臂和第三橋臂均由全控器件模塊和避雷器并聯(lián)而成，所述全控器件用于切斷電流，并聯(lián)的避雷器用于限制全控器件兩端過電壓；

橋臂之間的橋路由兩條支路反向并聯(lián)而成；第一支路由半控器件串組成，用于導(dǎo)通全控器件流過的電流；第二支路由不可控器件和小電阻串聯(lián)而成，提供開斷時反向的電流流通通路，同時給半控器件提供反向的關(guān)斷電壓。

進(jìn)一步的，所述全控器件包括一個全控器件或者多個全控器件串并聯(lián)。

一種基于半控器件和全控器件的橋式固態(tài)直流斷路器的控制方法，包括：

正常工作時候：控制電流流過第二橋臂和第三橋臂的全控器件以及橋路第一支路中的半控器件形成的通路；

直流系統(tǒng)故障時候:

a)關(guān)斷全控器件和半控器件的開通信號，電流轉(zhuǎn)移向第一橋臂，第四橋臂和中間橋路第二支路形成的通路；

b) 電流在橋路的第二支路流過，在電阻上面形成電壓，從而在與其反并聯(lián)的第一支路的半控器件上面形成反向電壓，促使半控器件關(guān)斷；

c)半控器件和全控器件都關(guān)斷之后，隨著電流對第一橋臂和第四橋臂電容充電，電容電壓上升到直流輸電系統(tǒng)額定電壓，電流被阻斷；