[發(fā)明專利]一種可選擇中斷的混合式直流斷路器及其控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210768071.0
• 申請日: 2022-06-30
• 公開（公告）號: CN114977129A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳鐵洲;方暢;王治坤;陳子奇;李厚佳;趙瑞;查歡
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02J3/36;H02H9/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

本發(fā)明涉及一種可選擇中斷的混合式直流斷路器及其控制方法。包括主導(dǎo)通支路、限流支路，關(guān)斷支路和機(jī)械開關(guān)S2，其中，限流支路和關(guān)斷支路串聯(lián)后與主導(dǎo)通支路并聯(lián)，輸入電流經(jīng)快速機(jī)械開關(guān)S1后與三條支路連通。導(dǎo)通支路和限流支路并聯(lián)后與S2串聯(lián)。因此本發(fā)明具有如下優(yōu)點：1.可根據(jù)瞬時性短路故障和永久性短路故障調(diào)整運行方式。2.在應(yīng)對瞬時性短路故障時，在不中斷電流的情況下吸收故障能量，并恢復(fù)正常運行，減少中斷電能供應(yīng)帶來的經(jīng)濟(jì)損失。3.在永久性短路情況下可及時切除故障，減少故障電流對相關(guān)裝置的損害。4.該結(jié)構(gòu)可雙向切斷故障，在吸收能量過程中，通過將限流電感旁路提高吸收故障能量的速度，減少斷路器的關(guān)斷時間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域，準(zhǔn)確來說，涉及一種可選擇中斷的混合式直流斷路器及其控制方法。

背景技術(shù)

基于模塊化多電平換流器(MMC)的柔性直流輸電技術(shù)在大規(guī)模分布式能源并網(wǎng)和直流輸配電等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。柔性直流電網(wǎng)主要由電力電子設(shè)備組成，具有“低阻抗，低慣量”的特性。一旦系統(tǒng)發(fā)生短路故障，由于直流側(cè)線路電感小，導(dǎo)致故障電流上升速度非常快，峰值可能達(dá)到額定值的數(shù)倍，給直流電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行造成危害。

目前對于直流電網(wǎng)短路故障問題隔離方案有：(1)交流斷路器方案，利用交流斷路器進(jìn)行直流故障隔離是目前柔性直流輸電工程所普遍采用的直流故障保護(hù)方案。但是，交流斷路器隔離故障存在響應(yīng)速度慢且可靠性低等問題；(2)具備故障自清除能力的MMC方案，但該方案在故障隔離時會導(dǎo)致整個系統(tǒng)停電，會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失；(3)基于多功能一體化設(shè)備的故障隔離方案，該方法僅適用于網(wǎng)狀直流微電網(wǎng)等需要裝設(shè)潮流控制器的直流微電網(wǎng)；(4)直流斷路器方案，利用高壓直流斷路器實現(xiàn)故障隔離的方案是最直接有效的手段。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述研究，本文提出一種適用于中壓直流靈活反應(yīng)的混合式直流斷路(Hybrid Circuit Breaker for DC Application)拓?fù)洌筛鶕?jù)瞬時性短路故障和永久性短路故障選擇不同的運行方式。對永久性短路故障，可及時切除故障；對瞬時性故障，可使系統(tǒng)在不中斷電流的情況下恢復(fù)正常運行，并將故障時產(chǎn)生的能量釋放掉。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種可選擇中斷的混合式直流斷路器，其特征在于，包括主導(dǎo)通支路、限流支路，關(guān)斷支路和機(jī)械開關(guān)S2，其中，限流支路和關(guān)斷支路串聯(lián)后與主導(dǎo)通支路并聯(lián)，輸入電流經(jīng)快速機(jī)械開關(guān)S1后與三條支路連通。導(dǎo)通支路和限流支路并聯(lián)后與S2串聯(lián)。

在上述的混合式直流斷路器，主導(dǎo)通支路由快速機(jī)械開關(guān)和負(fù)載轉(zhuǎn)移開關(guān)串聯(lián)組成，正常運行時為負(fù)載提供導(dǎo)通回路

在上述的混合式直流斷路器，限流支路外部包括晶閘管T1、晶閘管T2、二極管D3、、二極管D4構(gòu)成的橋式電路，可雙向限流、儲存故障能量。T1的陰極連接T2的陰極，T2的陽極連接D4的陰極，D4的陽極連接D3的陽極，D3的陰極連接T1的陽極。限流電感L1一端連接T2的陰極，另一端連接D4的陽極。電容C1一端連接D9的陰極，另一端與D4和D3的陽極連接，D9的陽極連接T1和T2的陰極。T3的陰極連接T1和T2的陰極，T3的陽極連接釋能電阻R1，R1另一端連接D9的陰極。其內(nèi)部由限流電感L1與電容C1相并聯(lián)；D9與C1提供充電支路；釋能電阻R1、晶閘管T3與D9并聯(lián)，為電容的放電提供通路。

在上述的混合式直流斷路器，關(guān)斷支路包括二極管D5、二極管D6、二極管D7、二極管D8組成的橋式電路。IGBT(Q3)的集電極連接D5、D6的陰極，Q3的發(fā)射極連接D7、D8的陽極。氧化鋅避雷器一端連接D5、D6的陰極、一端連接D7、D8的陽極。主導(dǎo)通支路和限流支路并聯(lián)后與S2串聯(lián)。IGBT管Q3、氧化鋅避雷器，能夠雙向吸收能量

一種可選擇中斷的混合式直流斷路器的控制方法，其特征在于，包括：

正常運行階段：S1、S2、Q2處于導(dǎo)通狀態(tài)，電流通過主導(dǎo)通支路流向負(fù)載供電。