[发明专利]一种柔性电网中的高压直流断路器配置方案

说明书

技术领域

本发明涉及一种限流式高压直流断路器，属于高压、特高压直流输电领域。

背景技术

近年来，随着储能技术的不断进步，分布式电源的快速发展，直流负荷的日益增加，以及由于具有传输容量大、线损低、可靠性高等优势，直流电网受到了人们的关注。建立直流电网，可以充分实现多种能源形式、多时间尺度、大空间跨度、多用户类型之间的互补是未来电网的重要发展方向。

国际大电网会议（CIGRE）工作组 B4-52 的技术报告对直流电网所作的定义是: 直流电网是由多个网状和辐射状联接的换流器组成的直流网络。然而建立直流电网仍然面临着几大难点，其中的一大关键技术是实现直流侧故障的隔离。由于直流侧的低阻抗特性，短路故障电流上升率比较大，将严重危及系统中的相关电气设备。为了严格防止直流故障给直流系统和换流器造成损害，理论上要求直流保护能在毫秒级的时间内完成全套动作( 包括故障检测和清除故障电流)。由于半桥型 MMC 桥臂中与IGBT 反并联的续流二极管可为故障电流提供通路，在直流侧短路时无法通过闭锁换流器来切断短路电流。因此为快速限制并切断故障电流，以维持直流电网安全稳定运行并保护关键设备，高压直流断路器成为有效甚至唯一技术手段。

近年来的高压直流断路器主要有 3 种技术路线:

（1）基于常规开关的传统机械式断路器。

（2） 基于电力电子器件的全固态式断路器。

（3） 基于二者结合的混合式断路器。

混合式断路器用快速机械开关导通正常运行电流，电力电子开关分断故障电流，在保证分断容量和动作速度的前提下降低通态损耗，具有良好的研究与应用前景。缺点是关断电流取决于电力电子支路中器件数量，需要大量的电力电子器件造成高压直流断路器造价昂贵且占地面积大，对于如何减少电力电子器件并将如何该断路器配置到直流电网进行实际运行，这已经成了迫切需要。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种新型拓扑结构的高压直流断路器。

本发明的目的在于克服当前高压直流断路器使用电力电子器件较多，造价昂贵的情况。本发明所采用的技术方案是：在本文所提到的配置方案中，把换流站一侧的断路器里Main Breaker部分之前含有的N个IGBT与和它放置方向相反的N个二极管，换成N1个IGBT 和与之配对的方向二极管与N2个方向二极管组成，其中2N1+N2<2N。这么配置的原因一方面是因为：当段保护因为某种原因拒动时，流过的换流器一侧的故障电流不是很大，采用这种拓扑结构可以在较短的时间内切除故障。另一方面，当发生母线故障时流过断路器的电流为单向电流不需要配置反向的IGBT所以可以减少IGBT装置的数量。

与现有技术相比，本发明具有的优势为：

在换流器出口处断路器Main Breaker中使用的IGBT数量远少于传统断路器使用断路器数量，可以较为明显的减少断路器造价。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1示出了采用IGBT的一种新型混合式高压直流断路器电路示意图，具有双向关断能力，且双向关断最大电流不同。其中：1虚线框内为超快速开关，2虚线框内为负载换相开关，3虚线框内为包括N1个正向IGBT反并联二极管和N2个负向IGBT反并联二极管的主开关，4为避雷器。

图2示出了一种以四端直流电网为例的高压直流直流断路器配置方案示意图，各断路器具有相同的正向关断最大电流，但负向关断最大电流取决于该断路器所在位置。其中：黑色端表示高压直流断路器正方向，以A端为例，A1、A2为靠近直流线路的高压直流断路器，以远离母线为正方向，A3为换流站侧高压直流断路器，以靠近母线为正方向；A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2所示的高压直流断路器主开关中N1、N2比例根据系统故障特性分析；A3、B3、C3、D3所示的高压直流断路器主开关中N2为0。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，在正常情况下负载电流流过超快速开关、负载换向开关所在通路，此时超快递开关处于闭合状态，负载换向开关对应方向的IGBT处于导通状态，主开关双向IGBT都处于关断状态。