[發明專利]一種基于電容換流的混合式直流斷路器

在審

• 申請號: 202010442027.1
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111478279A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 袁召;李歸霞;陳立學;潘垣;何俊佳
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02H3/087
• 分類號: H02H3/087;H02H9/04
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

本發明提供了一種基于電容換流的混合式直流斷路器，包括：超快速機械開關單元、輔助半導體開關單元、電容換流單元和吸能單元；超快速機械開關單元與輔助半導體開關單元串聯連接，電容換流單元與串聯連接的超快速機械開關單元和輔助半導體開關單元并聯連接，吸能單元與電容換流單元并聯連接；電容換流單元在系統發生短路故障時為超快速機械開關單元和輔助半導體開關單元提供低壓支路保證其正常開斷，并利用自關斷功能切斷故障電流；吸能單元在開斷故障后吸收故障電流被切斷后電力系統中感性元件存儲的能量。本發明提供的基于電容換流的混合式直流斷路器實現了故障電流軟關斷，關斷時系統感性元件儲能小，能實現故障電流的開斷和避雷器吸能限制。

技術領域

本發明屬于直流斷路器技術領域，更具體地，涉及一種基于電容換流的混合式直流斷路器。

背景技術

由于直流輸電是解決綠色可再生能源接入電網的有效措施，且具有輸電距離遠、輸電量大等優點，在世界各國得到了廣泛的應用。由于直流輸電網的直流側阻抗小，當系統發生短路故障時，故障電流快速上升，如果不在短時間內切除故障，會導致換流側交流斷路器動作，換流閥組閉鎖，影響整個系統的正常運行，極大地降低了輸電系統的可靠性和靈活性。

因此，研制能快速切除故障電流、隔離故障點，保證系統的正常運行直流斷路器十分必要。但是由于直流系統短路阻抗小，故障電流上升快，使得斷路器開斷壓力大，且直流系統里面存在感性元件，當開斷的故障電流過大時，感性元件儲能大，存儲的能量通過避雷器吸收導致避雷器吸能壓力過大，增大了避雷器的制造難度，影響避雷器使用壽命。

因此能實現系統故障電流過零關斷的軟關斷技術十分必要，軟關斷技術不僅能降低斷路器開斷壓力，還能有效降低系統感性元件儲能，降低避雷器吸能壓力。為了保護避雷器，減小斷路器開斷壓力，提高系統的安全性，節省投資，開斷能力強，避雷器吸能小的斷路器研制尤為必要，該方案解決了高壓直流斷路器運行過程中的許多技術問題，對提高直流輸電系統的可靠性和靈活性具有重要意義。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種基于電容換流的混合式直流斷路器，旨在解決現有技術中直流斷路器開斷故障電流困難、避雷器吸能大的技術問題。

本發明提供了一種基于電容換流的混合式直流斷路器，包括：超快速機械開關單元、輔助半導體開關單元、電容換流單元和吸能單元；超快速機械開關單元與輔助半導體開關單元串聯連接，電容換流單元與串聯連接的超快速機械開關單元和輔助半導體開關單元并聯連接，吸能單元與電容換流單元并聯連接；電容換流單元用于在系統發生短路故障時為超快速機械開關單元和輔助半導體開關單元提供低壓支路保證其正常開斷，并利用自關斷功能切斷故障電流；吸能單元用于在開斷故障后吸收故障電流被切斷后電力系統中感性元件存儲的能量。

更進一步地，電容換流單元包括：第一晶閘管T1、第二晶閘管T2、第三晶閘管T3、第四晶閘管T4、預充電電容C、換流電感L、第一避雷器MOV1和第一機械開關S；第一晶閘管T1和第四晶閘管T4串聯連接，第二晶閘管T2和第三晶閘管T3串聯連接，第一避雷器MOV1和第一機械開關S串聯連接在第一晶閘管T1與第四晶閘管T4的串聯連接端與第二晶閘管T2與第三晶閘管T3的串聯連接端之間；預充電電容C和換流電感L串聯連接在第一晶閘管T1與第四晶閘管T4的串聯連接端與第二晶閘管T2與第三晶閘管T3的串聯連接端之間；第一晶閘管T1的非串聯端與第二晶閘管T2的非串聯端共同作為電容換流單元的一端；第三晶閘管T3的非串聯端與第四晶閘管T4的非串聯端共同作為電容換流單元的另一端。