[發(fā)明專利]一種直流斷路器的強迫換流回路及方法

有效

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• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112531633B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發(fā)明（設計）人: 李博;劉樂;謝鵬飛;柳思奇;陳雪亮;肖霆;任志剛;龍文楓
• 申請（專利權）人: 武漢船用電力推進裝置研究所（中國船舶重工集團公司第七一二研究所）
• 主分類號: H02H3/05
• 分類號: H02H3/05
• 代理公司: 武漢凌達知識產(chǎn)權事務所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 劉念濤;宋國榮

本發(fā)明公開了一種直流斷路器的強迫換流回路及方法，由儲能電容、調(diào)波電感、觸發(fā)開關及液態(tài)金屬限流器串聯(lián)組成，所述的調(diào)波電感兩端反向并聯(lián)續(xù)流二極管組件，強迫換流回路并聯(lián)于主開關兩端時，通過在換流回路引入液態(tài)金屬限流器LMCL的方式，不僅能在對換流時間影響較小的前提下減小主開關電流兩次過零點附近di/dt，提高直流斷路器大電流工況下的開斷性能，且能有效降低斷路器的成本和體積。

技術領域

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)故障保護技術領域，具體涉及一種直流斷路器的強迫換流回路，以及其控制方法。

背景技術

高壓直流輸電技術由于具有輸電穩(wěn)定、損耗小及無同步問題等優(yōu)點已逐步應用于大功率遠距離輸電領域，而直流斷路器作為整個輸電系統(tǒng)的核心保護設備，致力于提升其大容量開斷性能的研究已迫在眉睫。

真空介質(zhì)以其無污染、可恢復及優(yōu)越的絕緣性能等優(yōu)勢，逐漸取代SF₆成為新型滅弧介質(zhì)。目前，國內(nèi)外開發(fā)的真空滅弧室遮斷容量有限，在大電流、高di/dt的場合下存在分斷失敗的風險，嚴重影響系統(tǒng)的安全運行。

系統(tǒng)發(fā)生故障后，故障電流上升率極快，為快速切斷故障電流，避免負載設備受到不必要損壞，必須提升強迫換流回路放電頻率，這必然導致真空開關電流過零處的di/dt較大，使得真空開關弧后殘余等離子體密度增大，阻礙了弧后介質(zhì)恢復進程。

針對以上不足，最常見解決技術手段之一為增大換流回路儲能電容C或調(diào)波電感L，這必然影響主開關換流特性，增大故障電流切除時間；技術手段之二為在主回路引入飽和電抗器的方式來改變主開關電流過零點附近di/dt，但無疑大幅增大了斷路器的整體成本體積，且飽和電抗器需承擔正常通流，使得其長期發(fā)熱問題難以解決。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術的缺點和不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種直流斷路器的強迫換流回路，以減小主開關兩次電流過零點附近的di/dt，提升其分斷可靠性。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種直流斷路器的強迫換流回路，由儲能電容、調(diào)波電感、觸發(fā)開關及液態(tài)金屬限流器串聯(lián)組成，所述的調(diào)波電感兩端反向并聯(lián)續(xù)流二極管組件，所述的儲能電容采用脈沖電容器組并預先充電至系統(tǒng)電壓，所述的續(xù)流二極管組件根據(jù)換流回路電壓、電流等級選擇一定數(shù)量的二極管串并聯(lián)構成。

所述的一種直流斷路器的強迫換流回路，其觸發(fā)開關為真空觸發(fā)開關或者半控型電力電子器件。

本發(fā)明的目的之二在于提供上述強迫換流回路并聯(lián)于主開關兩端時的控制方法。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種直流斷路器的強迫換流回路的控制方法，強迫換流回路并聯(lián)于主開關兩端，系統(tǒng)主電流方向由節(jié)點I流向節(jié)點O，包括如下步驟：換流回路投入初期，強迫換流回路的換流電流由于沒達到液態(tài)金屬限流器的起弧電流門檻值，液態(tài)金屬限流器的等效電阻極小，換流回路等效為LC振蕩放電，放電頻率變大，換流速度變快；當主開關的電流接近過零時，換流電流上升至較大幅值并超過液態(tài)金屬限流器的起弧電流門檻值后，液態(tài)金屬限流器迅速建立弧壓，等效電阻上升，換流回路過渡為RLC過阻尼放電，放電頻率減小，主開關第一次電流過零點附近di/dt減小；當主開關的電流一次過零時未能可靠關斷時，換流回路的換流電流上升至峰值后開始減小，續(xù)流二極管組件導通，為調(diào)波電感提供續(xù)流路徑，換流回路過渡為RC放電，此時液態(tài)金屬限流器的等效電阻上升至較大幅值，主開關電流二次過零點附近di/dt再次減小。

本發(fā)明的有益效果是：通過在傳統(tǒng)LC單頻振蕩強迫換流方式的條件下，串入液態(tài)金屬限流器，并在調(diào)波電感兩端反并續(xù)流二極管組件，當換流電流上升至液態(tài)金屬限流器門檻值后，液態(tài)金屬限流器迅速建立弧壓，降低主開關兩次電流過零點附近di/dt，顯著提升直流斷路器分斷性能，同時將斷路器整體造價和體積控制在一定范圍。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電路圖；