[發明專利]適用于MMC直流電網的源網配合式電容型直流斷路器

有效

• 申請號: 202110333786.9
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113224733B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 陳曉龍;韓小文;李永麗;李斌;李博通
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 韓新城

本發明公開適用于MMC直流電網的源網配合式電容型混合直流斷路器，所述MMC直流電網具有四個換流站MMC，每個換流站有兩個換流器；四個換流站的換流器通過雙回直流架空線形成口字形連接；連接換流器的每條直流線路上兩端分別安裝源網配合式電容型混合直流斷路器，用于直流線路發生故障時與源側主動調壓控制策略自適應配合以共同清除隔離故障。本發明利用MMC主動調壓控制策略和預充電電容電壓的自適應配合，為快速機械開關支路提供低電壓、零電流分斷條件，能實現故障線路有效切除，降低了故障電流對換流站影響，避免了母線電壓崩潰，保證非故障線路正常運行。

所屬技術領域

本發明屬于柔性直流電網保護與控制技術領域，特別涉及一種適用于MMC 直流電網的源網配合式電容型直流斷路器。

背景技術

近年來，以柔性直流為代表的新一代輸電技術在遠距離大容量輸電場合呈 現較大發展潛力。模塊化多電平換流器(modular multilevel converters，MMC)的 出現使柔性直流輸電不斷向高電壓、大容量方向發展，MMC已成為遠距離大 容量柔性直流輸電系統的首選換流器拓撲結構，在柔性直流輸電領域廣泛應用。

由于新能源大規模開發和遠距離輸電的需要，在適合遠距離大容量場合的 柔性直流電網中，采用架空線路作為直流線路是未來的必然趨勢。架空線路要 穿越眾多復雜的地理和氣候環境，遭遇外界環境沖擊突然短路的概率較高。為 了應對架空線發生短路故障概率高的問題，目前工程上一般使用高速大容量直 流斷路器(DC circuit breaker，DCCB)被動隔離短路故障。由于直流電網的低阻性、 低慣量特性，短路電流通常可在故障后幾個毫秒之內上升到額定值的數十倍， 造成高速大開斷容量DCCB的研制難度大、制造成本高。DCCB嚴苛的技術指 標以及較高的經濟成本限制了直流電網的發展和建設。

發明內容

本發明的目的在于充分發揮換流器的控制能力，解決柔直電網中DCCB開 斷電流大、耗散能量大、開斷速度要求高的問題，而提出一種適用于MMC直 流電網的源網配合式電容型直流斷路器，在直流故障期間通過控制策略改變換 流器投入的子模塊數量，使換流器出口直流電壓與網側預充電電容電壓保持相 等，為快速機械開關提供有利的分斷條件。

為實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種適用于MMC直流電網的源網配合式電容型混合直流斷路器，所述 MMC直流電網具有四個換流站MMC，每個換流站有兩個換流器；四個換流站 的換流器通過雙回直流架空線形成口字形連接；連接換流器的每條直流線路上 兩端分別安裝源網配合式電容型混合直流斷路器，用于直流線路發生故障時與 MMC主動調壓控制策略自適應配合以共同清除隔離故障；

所述源網配合式電容型混合直流斷路器拓撲結構包括：

通流支路，包括依次串聯的快速機械開關S₁、IGBT開關管組Q1，所述快速 機械開關S₁的另一端接DC母線；

預充電電容支路，包括一個預充電電容器組C₁、一個二極管閥組D₁、一 個晶閘管閥組T₁和一個耗能電阻器R₁；二極管閥組D₁、晶閘管閥組T₁和耗能 電阻器R₁相互并聯后的一端接在IGBT開關管組Q₁的后端、另一端與預充電電 容器組C1的一端串聯，預充電電容器組C1的另一端接地；

限流電感支路，包括一個限流電感L₁，其一端接在通流支路和預充電電容 支路的節點處，另一端與直流線路連接。