[發明專利]一種具備能量轉移支路的多端口直流斷路器及其控制方法

有效

• 申請號: 201811546033.0
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109802365B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 許建中;宋冰倩;趙西貝;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;H02H9/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種具備能量轉移支路的多端口直流斷路器(multi?port?DC?circuit?breaker,Mp?DCCB)拓撲及其控制方法，采用通流能力大的晶閘管作為主斷路器和直流線路間的控制單元，采用單個主斷路器保護多條直流線路，僅需要單向的電力電子元件，具備通態損耗低、降低避雷器耗能需求、提升分斷速度等優勢。本發明提供的多端口直流斷路器的控制方法，分為多端口直流斷路器所在的線路正常運行、多端口直流斷路器所包括的一條直流線路檢測到直流故障后進行斷路、多端口直流斷路器所包括的一條故障線路電流下降為零后進行耗能三種情況對具備能量轉移支路的多端口直流斷路器實現控制。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，具體涉及一種具備能量轉移支路的多端口直流斷路器及其控制方法。

背景技術

高壓大容量的直流電網技術，是未來構建智能電網和全球能源互聯網的重要環節。基于模塊化多電平換流器(modular?multilevel?converter,MMC)的柔性直流輸電技術便于構建直流電網，因而成為電力工業界的一個新的期望。我國即將建成的張北直流電網采用半橋子模塊(half?bridge?sub?module)加架空線方案，是世界上首個直流電網工程實踐。采用架空線具有明顯的技術經濟性優勢，但是隨之而來的問題就是直流側故障概率高，結合半橋子模塊不具備直流側故障清除能力的特點，需要采用直流斷路器切斷故障電流。隨著直流電網容量的提高，故障電流會在更短時間內達到電力電子器件耐流極限，這要求在更快的時間內切除故障，對故障檢測速度和直流斷路器切斷容量帶來極高挑戰。

故障保護是直流電網研究的熱點之一，隨著直流電網端點增多，采用DCCB切除故障成為直流電網保護的主流方案。由于直流故障暫態過程發展迅速，容易產生較高的過電流，DCCB需要具備較高的額定電流和較快的分斷速度。固態斷路器(solid?state?circuitbreaker,SSCB)切斷速度較快，但電網正常運行時通態損耗高達同電壓等級換流器損耗的30％，機械式斷路器(mechanical?circuit?breaker,MCB)通態損耗很低，但切斷故障時間較長。混合式斷路器(hybrid?circuit?breaker,HCB)結合了SSCB和MCB的優點。

但是混合式DCCB采用了大量電力電子器件，為減少造價，多條線路共用主斷路支路的DCCB被提出，可在達到相同斷路能力的基礎上大大減少成本。現有文獻提出一種多線路直流斷路器，充分利用了混合式斷路器結構，降低了電力電子器件投入數量。但在斷路之前故障電流流經故障線路下橋臂，下橋臂LCS承受故障發生后的最大電流，對電力電子器件產生過電流沖擊。

發明內容

為了克服上述現有技術中避雷器耗能需求大并且斷路器制造成本高和設備體積大的問題，本發明提供一種具備能量轉移支路的多端口直流斷路器及其控制方法，具備能量轉移支路的多端口直流斷路器包括通流支路、換流支路、主斷路器支路和能量轉移支路。通流支路，用于在直流線路正常運行時實現直流線路穩態電流的導通，并在檢測到直流線路發生的故障后將故障電流轉移至主斷路器支路，換流支路，用于選擇性地將故障線路電流轉移，并隔離正常線路，主斷路器支路，用于承載通流支路轉移的故障電流，并利用避雷器切斷故障電流；能量轉移支路，用于在避雷器耗能階段旁路直流電抗。分為多端口直流斷路器所在的線路正常運行、多端口直流斷路器所包括的一條直流線路檢測到直流故障后進行斷路、多端口直流斷路器所包括的一條故障線路電流下降為零后進行耗能三種情況對具備能量轉移支路的多端口直流斷路器實現控制，具備能量轉移支路的多端口直流斷路器采用半控型器件，邏輯簡單，經濟性高，控制能力強。

為了實現上述發明目的，本發明采取如下技術方案：

一方面，本發明提供一種具備能量轉移支路的多端口直流斷路器，包括：

通流支路，用于在直流線路正常運行時實現直流線路穩態電流的導通，并在檢測到直流線路發生的故障后將故障電流轉移至主斷路器支路；

換流支路，用于在檢測到故障后有選擇性地將故障線路電流轉移，并實現非故障線路與主斷路器支路的隔離；