[发明专利]一种基于预充电电容的组合式直流断路器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于预充电电容的组合式直流断路器，包括站端侧部分和多个线路侧部分；站端侧部分安装于换流站的直流出口侧，每个线路侧部分分别安装于换流站的每一条直流出线上；当直流电网正常工作时，所述站端侧部分和每个线路侧部分进行预充电，当直流电网短路时，站端侧部分和出故障的线路上的线路侧部分相互配合关断故障线路。本发明还提供了一种基于上述组合式直流断路器的控制方法。本发明不仅可实现直流故障线路的无弧切除，而且能够降低直流电网设备成本；同时预充电电容的使用，抑制了故障电流对换流站的影响，避免电网电压崩溃，保证非故障支路正常运行。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种基于预充电电容的组合式直流断路器及其控制方法。

背景技术

直流电网通常由多个换流站及连接换流站间的直流输电线路组成。它能够实现新能源发电的可靠接入、向多个负荷中心远距离、大容量的高效传输。伴随着系统结构的日益复杂、节点数的不断增加，直流电网也产生了许多关键性问题。短路故障问题便是其中之一。与传统的交流电网相比，直流电网的短路保护难度更大。由于直流电网的低阻性、低惯量特性，在发生直流侧短路故障后，换流站两端的并联电容将快速放电，大量电流在很短时间注入短路点，电流值可在几个毫秒之内达到额定电流的几十倍，严重危害直流电网的各个设备，影响其它线路的安全运行。因此故障线路必须在短时间内得到有效地切除，中高压直流断路器技术的发展尤为关键。

直流电网断路器主要分为三类：机械式直流断路器、全固态式直流断路器以及混合式直流断路器。机械式断路器的开断速度慢，而全固态式开关由于成本高、通态损耗大，很难在高压大功率场合有所应用。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种不仅可实现直流故障线路的无弧切除，又可大大降低直流电网设备成本，同时站端侧预充电电容降低了故障电流对换流站的影响，保证了非故障线路的正常运行的基于预充电电容的组合式直流断路器。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供了一种基于预充电电容的组合式直流断路器，包括站端侧部分和多个线路侧部分；所述站端侧部分安装于换流站的直流出口侧，所述每个线路侧部分分别安装于换流站的每一条直流出线上；当直流电网正常工作时，所述站端侧部分和每个线路侧部分进行预充电，当直流电网短路时，站端侧部分和出故障的线路上的线路侧部分相互配合关断故障线路。

其中，所述站端侧部分包括第一晶闸管Ta1、第一电容Ca1、第一二极管Da1和第一电阻Ra1，其中，第一晶闸管Ta1的阳极与换流站的直流出口侧连接，第一晶闸管Ta1的阴极分别与第一电容Ca1的一端相连，第一电容Ca1的另一端接地；所述第一二极管Da1的阴极与第一晶闸管Ta1的阳极连接，第一二极管Da1的阳极与第一晶闸管Ta1的阴极连接；所述第一电阻Ra1并联在第一晶闸管Ta1的两端。

再者，所述线路侧部分包括：机械开关S、第一开关管组Q1、第一避雷装置MOV、第二二极管Db1、第二电容Cb1和第二电阻Rb1；所述机械开关S的一端与直流总线连接，所述机械开关S的另一端分别与第一开关管组Q1的一端和第一避雷装置MOV的一端连接，第一开关管组Q1的另一端和第一避雷装置MOV的另一端均与换流站的出线连接，第二二极管Db1的阴极和第二电阻Rb1的一端也与换流站的出线连接；第二二极管Db1的阳极和第二电阻Rb1的另一端均与第二电容Cb1的一端连接，第二电容Cb1的另一端接地。