[发明专利]一种直流电网用电容型混合直流断路器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种直流电网用电容型混合直流断路器及其控制方法，该断路器拓扑包括：一个机械开关、两个IGBT及其反并联二极管、两个限流电感与N个子模块，其中第一个子模块包括三个电容、六个晶闸管、四个二极管；其余N‑1个子模块相同，每个模块包括一个电容、一个晶闸管和一个二极管。所述机械开关和两个IGBT及其反并联二极管组成载流支路，为正常工作通道；N个子模块组成故障电流转移支路，为短路时提供故障电流转移通道。正常情况下，系统通过载流支路传送功率，同时通过控制开关管给每个子模块中电容进行预充电；一旦发生故障，断路器通过转移支路将故障电流转移，实现机械开关零电压关断，同时电容的预充电压可以有效地限制短路电流。

技术领域

本发明涉及一种电容型混合直流断路器及其控制方法，属于电力电子技术领域，主要应用于多端直流输电场合。

背景技术

传统能源的不断消耗和环境问题的日益严重，使得清洁、可持续能源的发展和应用逐渐得到世界各国的重视。传统电网的消纳能力具有一定的局限，且新能源发电具有间歇性和不确定性，以致新能源的利用效率不高。多端直流输电和直流电网技术是解决上述问题的有效措施，是电力系统未来发展的重要组成部分。

然而，直流电网的低阻性、低惯性，较小的电压变化会引起很大电流变化，使得直流线路一旦发生短路故障，短路电流的上升速度非常快、峰值很大；当短路故障发生时，直流侧并联电容向故障点快速放电，短时间内较大的短路电流注入到故障点，其电流可以在几毫秒之内达到额定电流的几十倍甚至百倍。此外，系统一旦发生短路故障，不仅可能损坏换流站器件，而且故障可能短时间内扩散至整个系统，使系统的潮流迅速崩溃，危及整个直流电网。由于直流电网短路故障电流的上升速度快、峰值大、不存在自然过零点等问题，使得直流故障断路器成为目前直流电网发展的主要挑战。目前的直流断路器主要分为三类，机械型、固态型和混合型断路器。机械型直流断路器一般是对传统交流断路器的改造，增加振荡回路，使得短路电流切除过程中产生过零点。固态型直流断路器是主要采用大功率电力电子器件一种直流保护技术，与机械型断路器相比，它具有开关速度快、抑制短路电流、可靠性高等优点，但是通态损耗较大。混合型直流断路器，是综合了机械断路器和混合型断路器的优点，将两者并联且进行了一定的改进。

发明内容

发明目的：本发明针对多端直流输电系统中的短路故障线路切除问题，提出一种电容型混合直流断路器及其控制方法，提高了混合直流断路器的限流能力，降低了设备成本。

技术方案：本发明提出一种直流电网用电容型混合直流断路器，包括串联在直流电网一极中的载流支路，以及一端与载流支路并联，另一端连接到直流电网另一极的故障电流转移支路；

直流电网通过所述载流支路向负载传送功率，而故障电流转移支路则在发生短路故障时将载流支路的电流转移至故障电流转移支路。

优选地，所述载流支路包括相互串联的开关和开关管组。

优选地，所述开关为机械开关。

优选地，所述开关管组为两个反向串联的IGBT开关管，每个IGBT开关管均带有反并联二极管。

优选地，所述故障电流转移支路包括相互串联的多个模块，多个模块包括模块1至N，N为自然数。

优选地，所述模块1包括三个电容第十一电容、第十二电容和第十三电容，第一至第六晶闸管、第一至第四二极管；