[發明專利]基于電容換流的雙向混合式直流斷路器及直流輸電系統

在審

• 申請號: 202010713267.0
• 申請日: 2020-07-22
• 公開（公告）號: CN111696803A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 袁召;李歸霞;陳立學;李黎;潘垣
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01H9/54
• 分類號: H01H9/54;H02H7/26
• 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

本發明公開了一種基于電容換流的雙向混合式直流斷路器及直流輸電系統，直流斷路器包括：超快速機械開關單元、負載轉換開關單元、電容換流單元和吸能單元；超快速機械開關單元與負載轉換開關單元串聯連接，電容換流單元與串聯連接的超快速機械開關單元和負載轉換開關單元并聯連接，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負載轉換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。本發明提供的基于電容換流的雙向混合式直流斷路器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雙向混合式直流斷路器及直流輸電系統。

背景技術

近年來新能源發電總量迅速增大，而柔性直流輸電的應用可有效提升可再生能源發電利用效率，減少棄風、棄光造成的經濟損失，高壓直流輸電(HVDC)作為未來電力系統的重要組成部分，在世界范圍內得到了廣泛的應用。

隨著直流電網規模的不斷擴大和直流電網結構的日益復雜，許多關鍵問題亟待解決，其中之一就是直流短路故障。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。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雙向混合式直流斷路器，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雙向混合式直流斷路器，包括：超快速機械開關單元、負載轉換開關單元、電容換流單元和吸能單元；超快速機械開關單元與負載轉換開關單元串聯連接，電容換流單元與串聯連接的超快速機械開關單元和負載轉換開關單元并聯連接，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負載轉換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時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、換流電容C、換流電感L和電壓限制單元；第一晶閘管T1和所述第三晶閘管T3串聯連接，所述第二晶閘管T2和所述第四晶閘管T4串聯連接，所述電壓限制單元連接在所述第一晶閘管T1和所述第三晶閘管T3的串聯連接端與所述第二晶閘管T2和所述第四晶閘管T4的串聯連接端之間；所述換流電容C和所述換流電感L串聯連接在所述第一晶閘管T1與所述第三晶閘管T3的串聯連接端與所述第二晶閘管T2與所述第四晶閘管T4的串聯連接端之間。

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、第一機械開關S1、第二機械開關S2、換流電容C、換流電感L和電壓限制單元；第一晶閘管T1和第一機械開關S1串聯連接，第二晶閘管T2和第二機械開關S2串聯連接，電壓限制單元連接在第一晶閘管T1和第一機械開關S1的串聯連接端與第二晶閘管T2和第二機械開關S2的串聯連接端之間；換流電容C和所述換流電感L串聯連接在第一晶閘管T1與第一機械開關S1的串聯連接端與第二晶閘管T2與第二機械開關S2的串聯連接端之間。

在本發明中，所需換流電容的容量很小，造價較低。換流電容C在超快速機械開關達到一定開距后才投入使用，因此在電容容量較小的情況下，也能保證斷路器在分斷故障電流的過程中超快速機械開關UFD和負載轉換開關LCS兩端電壓處于一個較低的值，保障了超快速機械開關UFD和負載轉換開關LCS的成功關斷。