[发明专利]适用于直流电网的降压钳位式直流断路器拓扑

说明书

本发明涉及一种适用于直流电网的降压钳位式直流断路器拓扑，属于多端直流、直流电网技术领域；利用预充电电容接入故障回路后的钳位和限流能力清除故障；实现了故障隔离和故障耗能解耦，先快速隔离之后缓慢耗能；在快速性能上有着一定的优势，同时不需要使用避雷器，具备一定的工程价值。

技术领域

本发明涉及一种适用于多端直流和直流电网的降压钳位式直流断路器拓扑，属于多端直流、直流电网领域。

背景技术

随着世界范围内化石资源的日益枯竭，可再生能源的发展势不可挡，柔性直流电网也随着快速发展。柔性直流输电是基于全控型电力电子器件的新一代输电技术，基于柔性直流输电的直流电网，可更好实现大规模可再生能源的广域互补送出，是未来电网发展和变革的重要方向之一。目前我国在建的张北工程和乌东德工程，是直流输电的标志性工程，未来的直流电网工程将以此为起点，向更多端、更大容量、更高可靠性的方向发展。

模块化多电平换流器拓扑结构适用于高压大功率直流输电场合。在高压远距离大功率直流输电工程中，架空线具有明显经济性，但其直流侧故障率高，而半桥子模块不具备直流故障清除能力。若发生短路故障，故障电流将迅速上升至额定电流的十几倍，需采用直流断路器快速动作，隔离故障线路，切除故障电流，提高系统的可靠性。现阶段清除直流故障的方案有很多，根据直流断路器中主要开关元件的不同，可分为：机械式直流断路器、全固态直流断路器以及混合式直流断路器。在较高的直流电压等级下，以上直流断路器只具备单一的直流故障切除功能，无法满足诸如动态限流等特定需求，需要与直流限流器配合使用。未来多端直流和直流电网中的直流断路器的开发依然有很多问题亟待解决，迫切需要研究适用于高电压、大电流场合，具有限流作用且具备适应多种故障情况的直流断路器。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种降压钳位式直流断路器拓扑。

本发明所采用的技术方案是：通过在故障回路接入小容值的预充电电容，利用其充电产生的钳位电压的作用将网侧线路电压降为零，并在隔离故障后再进行耗能过程，实现了故障隔离和故障耗能的耦合解除。

与现有技术相比，本发明具有的优势为：

1、在故障时将预充电电容接入故障回路，先用高承压小容值的电容吸收换流站侧的故障能量并快速钳位电压，隔离故障后再通过耗能支路消耗线路侧的短路能量，实现故障隔离和故障耗能的解耦，先隔离后耗能，能够快速和有效的对直流故障进行隔离和清除；

2、进行配套的重合闸、后备保护以及单双极设计，使其具备完备的故障保护体系，在复杂故障和系统条件下均能满足故障清除需求；

3、利用软件仿真和硬件实验验证可行性，分析器件参数优化方法，并根据IGBT数量、电容数量等对若干同类型方案进行经济性能的综合分析对比，经济性良好。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是降压钳位式直流断路器拓扑的结构示意图，包括钳压支路、充电支路、稳态低损耗支路和续流耗能支路；

图2是充电期间电路示意图；

图3是发生故障后钳压阶段示意图；

图4是钳压阶段示意图；

图5是耗能阶段示意图；

图6是泄能支路示意图；

图7是泄能支路示意图；

图8是完全重合闸过程示意图；

图9是部分重合闸过程示意图。

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。