本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直流斷路器及其控制方法。

背景技術(shù)：

直流斷路器是直流換流站的主要電氣設(shè)備之一。它不僅在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)能切斷和接通高壓線路及各種空載和負(fù)荷電流，而且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)繼電保護(hù)裝置的作用能自動(dòng)、迅速、可靠地切除各種過(guò)負(fù)荷和短路電流，防止事故范圍的擴(kuò)大。其中：混合式直流斷路器兼具機(jī)械開(kāi)關(guān)的低損耗特性和電力電子開(kāi)關(guān)的快速分?jǐn)嗵匦裕梢詫?duì)多端柔性直流輸電系統(tǒng)和高壓直流系統(tǒng)電網(wǎng)進(jìn)行直流分?jǐn)?。但是混合式直流斷路器受限制于單個(gè)全控器件分?jǐn)嗄芰Γ嬖诜謹(jǐn)嚯娏飨鄬?duì)較低的問(wèn)題，難以滿足高壓大容量直流系統(tǒng)的分?jǐn)嚯娏餍枨蟆Ｍ瑫r(shí)，采用晶閘管的混合式直流斷路器，雖然能夠顯著提升直流斷路器分?jǐn)嚯娏髂芰?，但由于晶閘管無(wú)法自關(guān)斷需要配置額外的輔助電路，增大了直流斷路器的設(shè)計(jì)和集成難度，而通過(guò)配置輔助電源對(duì)采用晶閘管的混合式直流斷路器中無(wú)源元件進(jìn)行預(yù)充電，更是降低了混合式直流斷路器的可靠性并增加了斷路器體積。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了滿足克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種直流斷路器及其控制方法。

第一方面，本發(fā)明中一種直流斷路器的技術(shù)方案是：

所述直流斷路器包括分別并聯(lián)的主通流支路、第一電流轉(zhuǎn)移支路、第二電流轉(zhuǎn)移支路和能量吸收支路；

所述第一電流轉(zhuǎn)移支路包括兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管；

所述第二電流轉(zhuǎn)移支路包括電容、電感、電阻和兩個(gè)晶閘管；所述兩個(gè)晶閘管反向并聯(lián)，所述電容、電感和兩個(gè)晶閘管組成的并聯(lián)結(jié)構(gòu)依次串聯(lián)，所述電阻的一端連接于所述電感和并聯(lián)結(jié)構(gòu)之間，另一端接地。

第二方面，本發(fā)明中一種直流斷路器的控制方法的技術(shù)方案是：

所述控制方法包括在直流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)控制所述直流斷路器分?jǐn)嗨鲋绷飨到y(tǒng)的故障電流，具體為：

閉鎖主通流支路的電力電子開(kāi)關(guān)單元，并觸發(fā)第一電流轉(zhuǎn)移支路的一個(gè)晶閘管導(dǎo)通，使得流經(jīng)主通流支路的故障電流轉(zhuǎn)移至第一電流轉(zhuǎn)移支路；

當(dāng)所述故障電流全部轉(zhuǎn)移至第一電流轉(zhuǎn)移支路后，斷開(kāi)所述主通流支路的快速機(jī)械開(kāi)關(guān)；

當(dāng)所述快速機(jī)械開(kāi)關(guān)完全斷開(kāi)后，觸發(fā)第二電流轉(zhuǎn)移支路的一個(gè)晶閘管導(dǎo)通，使得流經(jīng)所述第一電流轉(zhuǎn)移支路的故障電流轉(zhuǎn)移至第二電流轉(zhuǎn)移支路并對(duì)電容充電，其中：所述電容的充電電壓達(dá)到預(yù)設(shè)電壓值后，能量吸收支路吸收所述故障電流。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明提供的一種直流斷路器，晶閘管為半控型電力電子器件，可以減小直流斷路器的體積，同時(shí)，第二電流轉(zhuǎn)移支路的電阻在直流系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)可以作為電容的取能電路，在直流系統(tǒng)發(fā)生故障故障電流向電容充電時(shí)可以限制充電電流，因此不需要單獨(dú)設(shè)置輔助電源向電容預(yù)充電，進(jìn)一步地減小直流斷路器的體積并提高其工作可靠性；

2、本發(fā)明提供的一種直流斷路器的控制方法，在直流系統(tǒng)發(fā)生故障后首先控制第一電流轉(zhuǎn)移支路轉(zhuǎn)移故障電流，主通流支路中電力電子開(kāi)關(guān)單元的耐受電壓水平高于第一電流轉(zhuǎn)移電路中晶閘管的通態(tài)壓降，可以保證快速機(jī)械開(kāi)關(guān)能夠可靠地分?jǐn)?；在快速機(jī)械開(kāi)關(guān)完全斷開(kāi)后控制第二電流轉(zhuǎn)移支路轉(zhuǎn)移故障電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障電流的消耗吸收。

附圖說(shuō)明

圖1：本發(fā)明實(shí)施例中一種直流斷路器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：本發(fā)明實(shí)施例中一種電力電子開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3：本發(fā)明實(shí)施例中另一種電力電子開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4：本發(fā)明實(shí)施例中再一種電力電子開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5：本發(fā)明實(shí)施例中另一種直流斷路器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6：本發(fā)明實(shí)施例中直流斷路器的應(yīng)用示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地說(shuō)明，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

下面分別結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種直流斷路器進(jìn)行說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中一種直流斷路器結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本實(shí)施例中直流斷路器包括并聯(lián)的主通流支路、第一電流轉(zhuǎn)移支路、第二電流轉(zhuǎn)移支路和能量吸收支路。

其中：第一電流轉(zhuǎn)移支路包括兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管。第二電流轉(zhuǎn)移支路包括電容、電感、電阻和兩個(gè)晶閘管；兩個(gè)晶閘管反向并聯(lián)，電容、電感和兩個(gè)晶閘管組成的并聯(lián)結(jié)構(gòu)依次串聯(lián)，電阻的一端連接于所述電感和并聯(lián)結(jié)構(gòu)之間，另一端接地。能量吸收支路包括避雷器，用于消耗故障電流。

本實(shí)施例中晶閘管為半控型電力電子器件，可以減小直流斷路器的體積，同時(shí)，第二電流轉(zhuǎn)移支路的電阻在直流系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)可以作為電容的取能電路，在直流系統(tǒng)發(fā)生故障故障電流向電容充電時(shí)可以限制充電電流，因此不需要單獨(dú)設(shè)置輔助電源向電容預(yù)充電，進(jìn)一步地減小直流斷路器的體積并提高其工作可靠性。

進(jìn)一步地，本實(shí)施例中主通流支路可以包括下述結(jié)構(gòu)，具體為：

本實(shí)施例中主通流支路包括串聯(lián)的快速機(jī)械開(kāi)關(guān)k1和電力電子開(kāi)關(guān)單元。其中：通過(guò)設(shè)定電力電子開(kāi)關(guān)單元的耐受電壓水平高于第一電流轉(zhuǎn)移電路中晶閘管的通態(tài)壓降，能夠可靠地將流經(jīng)主通流支路的故障電流轉(zhuǎn)移至第一電流轉(zhuǎn)移支路。同時(shí)，本發(fā)明還提供了三種電力單子開(kāi)關(guān)的優(yōu)選實(shí)施方案，具體為：

(1)實(shí)施例1

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中一種電力電子開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本實(shí)施例中電力電子開(kāi)關(guān)包括兩個(gè)反向串聯(lián)的全控型電力電子器件，每個(gè)全控型電力電子器件分別與一個(gè)續(xù)流二極管反向并聯(lián)。其中：本實(shí)施例中全控型電力電子器件可以采用igbt、igct或gto。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中另一種直流斷路器結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本實(shí)施例中直流斷路器的電力電子開(kāi)關(guān)采用由igct構(gòu)成的上述結(jié)構(gòu)的電力電子開(kāi)關(guān)。

(2)實(shí)施例2

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中另一種電力電子開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本實(shí)施例中電力電子開(kāi)關(guān)包括兩個(gè)反向并聯(lián)的全控型電力電子器件。其中：本實(shí)施例中全控型電力電子器件可以采用igbt、igct或gto。

(3)實(shí)施例3

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中再一種電力電子開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本實(shí)施例中電力電子開(kāi)關(guān)為全橋結(jié)構(gòu)的電力電子開(kāi)關(guān)，全橋結(jié)構(gòu)的各橋臂均包括一個(gè)全控型電力電子器件，且每個(gè)全控型電力電子器件分別與一個(gè)續(xù)流二極管反向并聯(lián)。其中：本實(shí)施例中全控型電力電子器件可以采用igbt、igct或gto。

本發(fā)明還提供了一種直流斷路器的控制方法，并給出具體實(shí)施例。

本實(shí)施例中可以按照下述步驟控制直流斷路器在直流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)分?jǐn)嘀绷飨到y(tǒng)的故障電流，具體為：

步驟s101：閉鎖主通流支路的電力電子開(kāi)關(guān)單元，并觸發(fā)第一電流轉(zhuǎn)移支路的一個(gè)晶閘管導(dǎo)通，使得流經(jīng)主通流支路的故障電流轉(zhuǎn)移至第一電流轉(zhuǎn)移支路。

步驟s102：當(dāng)故障電流全部轉(zhuǎn)移至第一電流轉(zhuǎn)移支路后，斷開(kāi)主通流支路的快速機(jī)械開(kāi)關(guān)。

步驟s103：當(dāng)快速機(jī)械開(kāi)關(guān)完全斷開(kāi)后，觸發(fā)第二電流轉(zhuǎn)移支路的一個(gè)晶閘管導(dǎo)通，使得流經(jīng)所述第一電流轉(zhuǎn)移支路的故障電流轉(zhuǎn)移至第二電流轉(zhuǎn)移支路并對(duì)電容充電，其中：所述電容的充電電壓達(dá)到預(yù)設(shè)電壓值后，能量吸收支路吸收所述故障電流。

本實(shí)施例中在直流系統(tǒng)發(fā)生故障后首先控制第一電流轉(zhuǎn)移支路轉(zhuǎn)移故障電流，主通流支路中電力電子開(kāi)關(guān)單元的耐受電壓水平高于第一電流轉(zhuǎn)移電路中晶閘管的通態(tài)壓降，可以保證快速機(jī)械開(kāi)關(guān)能夠可靠地分?jǐn)?；在快速機(jī)械開(kāi)關(guān)完全斷開(kāi)后控制第二電流轉(zhuǎn)移支路轉(zhuǎn)移故障電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障電流的消耗吸收。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中直流斷路器的應(yīng)用示意圖，如圖所示，本實(shí)施例中直流斷路器安裝在換流站的兩條直流出線上，直流斷路器為圖4所示的直流斷路器。下面分別對(duì)線路側(cè)和電源側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)直流斷路器的控制方法進(jìn)行說(shuō)明：

1、線路側(cè)發(fā)生故障

(1)閉鎖主通流支路的電力電子開(kāi)關(guān)單元，并觸發(fā)晶閘管t11導(dǎo)通。

(2)當(dāng)故障電流全部轉(zhuǎn)移至第一電流轉(zhuǎn)移支路后，斷開(kāi)主通流支路的快速機(jī)械開(kāi)關(guān)k1。

(3)當(dāng)快速機(jī)械開(kāi)關(guān)k1完全斷開(kāi)后，觸發(fā)第二晶閘管t21導(dǎo)通，使得流經(jīng)第一電流轉(zhuǎn)移支路的故障電流轉(zhuǎn)移至第二電流轉(zhuǎn)移支路。

2、電源側(cè)發(fā)生故障

(1)閉鎖主通流支路的電力電子開(kāi)關(guān)單元，并觸發(fā)晶閘管t12導(dǎo)通。

(2)當(dāng)故障電流全部轉(zhuǎn)移至第一電流轉(zhuǎn)移支路后，斷開(kāi)主通流支路的快速機(jī)械開(kāi)關(guān)k1。

(3)當(dāng)快速機(jī)械開(kāi)關(guān)k1完全斷開(kāi)后，觸發(fā)第二晶閘管t22導(dǎo)通，使得流經(jīng)第一電流轉(zhuǎn)移支路的故障電流轉(zhuǎn)移至第二電流轉(zhuǎn)移支路。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。