[發明專利]一種多端口混合式直流斷路器及控制方法

在審

• 申請號: 202010724549.0
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN112103925A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 李江濤;劉書瀚;徐凱宏;任家睿;黃冬冬;王茹
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02J1/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種多端口混合式直流斷路器及控制方法，采用多個并聯的主支路和一個轉移支路，轉移支路與多個主支路并聯，每個主支路連接一個接線端口，主支路包括上橋臂和下橋臂，上橋臂和下橋臂上均設有控制開關；轉移支路包括串聯的負載轉移開關電路和耦合負壓回路，負載轉移開關電路的輸入端連接上橋臂，負載轉移開關電路的輸出端連接耦合負壓回路的輸入端，耦合負壓回路的輸出端連接下橋臂，多端口直流斷路器通過共用轉移支路，減少了直流斷路器中的電力電子器件數量，大大降低直流斷路器在直流配電網中的使用成本，便于大規模安裝于直流配電網中，控制邏輯簡單，便于操作，動作時間極短，滿足直流配電網對直流電網的速動性和可靠性要求。

技術領域

本發明屬于多端口直流斷路器，具體涉及一種多端口混合式直流斷路器及控制方法。

背景技術

近年來，隨著電力電子技術的迅猛發展，柔性直流輸電、直流微電網逐漸興起，學術界與工業界開始重新審視直流配電網的可行性，風電、光伏等可再生能源的應用和普及更是為直流配電網的形成創造了便利條件。與傳統交流配電網相比，直流配電網具有供電容量大、線路損耗小、電能質量高、便于可再生能源接入等優點。目前直流配電網主要有輻射型、手拉手型及環網型拓撲結構，其中，環網型拓撲結構具有較高的供電可靠性，潮流方向靈活，不易出現大規模的區域停電，是未來直流配電網的主流結構。然而，環網型拓撲結構的高可靠性建立在成熟的中壓直流斷路器基礎之上，因此對中壓直流斷路器的研究勢在必行。

與柔性直流輸電網類似，直流配電網有低阻尼特性，發生短路故障時直流故障電流上升率高、幅值大、且不存在過零點。目前，中壓直流斷路器的研究主要集中于以下：機械式直流斷路器和固態直流斷路器。機械式直流斷路器的通態損耗很低，但故障切除時間過長，無法滿足直流配電網幾毫秒級動作的要求；固態直流斷路器完全由電力電子開關構成，切斷速度極快，但其通態損耗過高，對直流配電網的經濟性影響較大，且僅具有單相導通性，無法滿足多路徑切斷要求，僅能開斷單方向的短路電流，配置在正極母線和正極母線時需要改變電力電子器件和預充電電容的方向，不利于直流斷路器的安裝和運維，存在一定的局限性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多端口混合式直流斷路器及控制方法，以克服現有技術的不足。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種多端口混合式直流斷路器，包括多個并聯的主支路和一個轉移支路，轉移支路與多個主支路并聯，每個主支路連接一個接線端口，主支路包括上橋臂和下橋臂，上橋臂和下橋臂上均設有控制開關；轉移支路包括串聯的負載轉移開關電路和耦合負壓回路，負載轉移開關電路的輸入端連接上橋臂，負載轉移開關電路的輸出端連接耦合負壓回路的輸入端，耦合負壓回路的輸出端連接下橋臂，系統正常運行時，上橋臂上的控制開關處于閉合狀態，下橋臂上的控制開關處于斷開狀態。

進一步的，負載轉移開關電路采用電流雙向流通的負載轉移開關電路。

進一步的，負載轉移開關電路包括IGBT管、二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4、二極管D5、電容C1、電阻R和金屬氧化物避雷器MOA，IGBT管的E極與二極管D1的正極、金屬氧化物避雷器MOA的一端、電容C1一端和二極管D3的正極連接，IGBT管的C極與二極管D2的負極、金屬氧化物避雷器MOA的另一端、電阻R的一端、二極管D4的正極和二極管D5的負極連接，電容C1另一端與電阻R的另一端和二極管D4的負極連接，二極管D1的負極和二極管D2的正極連接于上橋臂，二極管D3的負極和二極管D5的正極連接于耦合負壓回路輸入端。

進一步的，耦合負壓回路包括耦合電感、電容C2、晶體管T和二極管D6，耦合電感的副邊電感一端為輸入端，連接二極管D3的負極，耦合電感的副邊電感另一端連接下橋臂，耦合電感的原邊電感一端連接晶體管T的陰極和二極管D6的正極，耦合電感的原邊電感另一端連接電容C2一端，電容C2另一端連接晶體管T的陽極和二極管D6的負極。

進一步的，控制開關采用快速機械開關。