[發(fā)明專利]一種多線路直流斷路器及開斷方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810383746.3
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108599099B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余修勇;張志豐;滕尚甫;朱志芹;劉怡;張國民
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電工研究所
• 主分類號: H02H3/087
• 分類號: H02H3/087;H02H9/02;H02H7/26
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 安麗

本發(fā)明涉及一種多線路直流斷路器及開斷方法，在典型的混合式直流斷路器拓?fù)涞幕A(chǔ)上，通過共享主支路和耗能支路，在不影響可靠性的前提下，減小了在多線路網(wǎng)狀直流系統(tǒng)中直流斷路器的成本。通過將直流線路連接在多邊形的頂點(diǎn)，在多邊形中每一條邊串聯(lián)故障轉(zhuǎn)移支路，在相間的邊并聯(lián)主支路和耗能支路。故障時(shí)，故障線路相鄰的未并聯(lián)主支路和耗能支路的故障轉(zhuǎn)移支路的開關(guān)和所有并聯(lián)有主支路和耗能支路的故障轉(zhuǎn)移支路的開關(guān)動(dòng)作，讓所有饋線的故障電流都至少通過一個(gè)主支路和耗能支路進(jìn)行開斷和能量泄放。當(dāng)故障電流下降到設(shè)定的閾值時(shí)，故障線路上的隔離開關(guān)動(dòng)作，隔離故障線路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用共享支路的多線路直流斷路器，屬于直流電網(wǎng)中的開斷技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于化石能源的日益枯竭以及環(huán)境惡化問題的加劇，世界各國普遍認(rèn)為能源的開發(fā)必須向綠色可再生能源過渡。如何將具有間歇性、隨機(jī)性的可再生能源(如風(fēng)能、太陽能等)規(guī)模接入電網(wǎng)成為了當(dāng)前一個(gè)亟待解決的問題。隨著功率半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，基于電壓源換流器的高壓直流輸電(voltage source converter high voltage direct current，VSC-HVDC)技術(shù)由于不存在換相失敗、有功無功解耦控制、無需濾波和無功補(bǔ)償設(shè)備、且更適合構(gòu)成直流網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，是解決可再生能源規(guī)模接入電網(wǎng)的重要手段。目前，隨著直流電網(wǎng)的電壓等級越來越高(如張北四端柔性直流電網(wǎng)的電壓等級高達(dá)±500kV)，容量越來越大，直流開斷技術(shù)是阻礙其進(jìn)一步發(fā)展的重要挑戰(zhàn)之一。一方面，VSC-HVDC系統(tǒng)是一個(gè)“低慣量”系統(tǒng)，在直流線路發(fā)生故障后將影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，直流短路電流上升速度快，在幾毫秒內(nèi)就可能嚴(yán)重過流。同時(shí)，基于可控半導(dǎo)體器件(如IGBT)的電壓源換流器的過流能力弱，如果不采取快速的限流開斷技術(shù)，這些器件極有可能遭到破壞。另一方面，直流短路電流不存在過零點(diǎn)，利用交變電流過零點(diǎn)實(shí)現(xiàn)開斷的傳統(tǒng)交流斷路器將不再適用于直流系統(tǒng)，這嚴(yán)重加大了大容量直流斷路器的研制難度。因此，迫切需要發(fā)展大容量、高可靠性的直流斷路器。

目前直流斷路器通常分為三大類：機(jī)械開關(guān)振蕩式、固態(tài)開關(guān)式和混合式直流斷路器。機(jī)械振蕩式又可分為無源的自激振蕩法和有源的預(yù)充電振蕩法，其中自激振蕩法過零點(diǎn)的形成一般需要幾十毫秒，難以滿足直流電網(wǎng)保護(hù)速度的要求。固態(tài)開關(guān)式能夠?qū)崿F(xiàn)毫秒級開斷，但是也存在通態(tài)損耗過高的缺點(diǎn)，可能達(dá)到換流器損耗的30％左右。混合式直流斷路器通過主支路、轉(zhuǎn)移支路、耗能支路的配合，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)電流流過開關(guān)數(shù)量很少的轉(zhuǎn)移支路，解決了固態(tài)開關(guān)式穩(wěn)態(tài)損耗過高的缺點(diǎn)。2011年前后ABB公司成功研制了開斷能力達(dá)到9kA的混合式直流斷路器。2016年底我國自主研制的±200kV高壓混合式直流斷路器在舟山五端工程投運(yùn)，該斷路器能夠在3ms內(nèi)斷開15kA短路電流。2017年南瑞自主研制了世界上首臺500kV，開斷能力25kA/3ms的混合式直流斷路器。目前，混合式直流斷路器已經(jīng)基本能夠?qū)崿F(xiàn)500kV級開斷，阻礙其進(jìn)一步應(yīng)用的是高昂的成本，特別是在多端直流網(wǎng)絡(luò)需要大量直流斷路器的情況中。對于一臺混合式直流斷路器，其成本最高的是起到故障斷流功能的主支路，通常主支路需要串聯(lián)大量的電力電子開關(guān)器件。

本發(fā)明通過將傳統(tǒng)的輻射狀斷路器布置方式，改成環(huán)狀布置，同時(shí)只需要在相間隔的地方配置混合式直流斷路器的主支路和耗能支路。在多線路系統(tǒng)中，共享主支路和耗能支路，在不影響可靠性的前提下，不僅減小了單臺斷路器的容量，還大大減少了器件的使用量，縮減了成本，能夠滿足在網(wǎng)狀多線系統(tǒng)中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明技術(shù)解決的問題：克服傳統(tǒng)混合式直流斷路器成本過高的缺點(diǎn)，提供一種多線路直流斷路器及開斷方法，特別是在網(wǎng)狀多線路直流系統(tǒng)中，通過共享直流斷路器的主支路和耗能支路，大大減小了直流開斷的成本，滿足在網(wǎng)狀多線路柔性直流電網(wǎng)中的應(yīng)用要求。