[发明专利]一种基于电容换流的大容量交流断路器及控制方法

说明书

本发明适用于电力器件领域，提供了一种基于电容换流的大容量交流断路器及控制方法，所述断路器包括多个相互独立的单相断路器，每个所述单相断路器串在一个相线中，用于开断所在相线的电流；所述单相断路器的输入端和输出端之间设置有拓扑结构；所述拓扑结构包括通流装置、换流装置和开断装置，所述换流装置和开断装置串联，串联后整体并联连接在通流装置两端。所述单相断路器可为气体机械开关提供零电压介质恢复时间，具有开断快速可靠，成本较低，寿命较长，可开断高直流分量短路电流等优势，在发电机出口断路器或需要断路器频繁动作的场合具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于电力器件领域，特别涉及一种基于电容换流的大容量交流断路器及控制方法。

背景技术

随着交流电网容量的增大，对交流断路器的额定电流和短路开断电流提出了更高的要求。在额定电流较大的场景下，真空开关由于散热能力不足难以应用，而气体开关的灭弧能力有限，在高暂态恢复电压（TRV）上升率的场景下面临重击穿的风险，且在开断较大短路电流时烧蚀严重，电气寿命不长。当前交流断路器存在进口设备价格高，国产替代设备寿命短的问题。

中国专利“基于换流驱动电路的双向机械式直流断路器及其控制方法”（公开号：CN106300301B），利用换流驱动电路实现电流由通流支路向换流支路的可靠转移，避免了使用高压电容的在线取电系统及可靠性较低的高电压空气球隙，即能保证需要开断双向电流时，电流可由通流支路先转移至换流支路，再转移至吸能限压支路，最终实现双向电流的开断，完成将电流转移的目的。但是该断路器主要面向直流开断，其设计使得开断过电压大于直流母线电压。该断路器的拓扑开断交流有过零点或近零点的故障电流，换流驱动电路所需的电容和电力电子开关成本将非常高且不必要。另外，机械式直流断路器在开断小电流时可能出现机械开关重击穿问题导致开断失败，在需要使用气体开关的交流断路器场景，由于气体开关介质恢复能力差，机械式直流断路器的拓扑将难以应用。

发明内容

针对上述问题，一方面，本发明公开了一种基于电容换流的大容量交流断路器，所述断路器包括多个相互独立的单相断路器，每个所述单相断路器串在一个相线中，用于开断所在相线的电流；

所述单相断路器的输入端和输出端之间设置有拓扑结构；

所述拓扑结构包括通流装置、换流装置和开断装置，所述换流装置和开断装置串联，串联后整体并联连接在通流装置两端。

进一步地，所述通流装置包括一个或多个串联的气体机械开关。

进一步地，所述换流装置包括换流第一支路和换流第二支路，所述换流第一支路与换流第二支路并联。

进一步地，所述换流第一支路包括一个预充电的电容和电力电子开关组A，所述电力电子开关组A与电容串联。

进一步地，所述换流第二支路包括电力电子开关组B和保护MOV，所述电力电子开关组B与保护MOV并联。

进一步地，所述电力电子开关组A和电力电子开关组B均包括多个方向不同且并联的电力电子开关。

进一步地，所述开断装置包括一个或多个串联或并联的真空机械开关。

进一步地，所述开断装置还包括与真空机械开关串联的耗能电阻。

进一步地，所述换流装置还包括与换流第一支路和换流第二支路并联的合闸保护开关。

另一方面，一种基于电容换流的大容量交流断路器的控制方法，所述控制方法包括：

当线路正常工作时，通流装置导通，换流装置和开断装置未导通，电流流经通流装置，换流装置内设置的电容通过外部充电机进行预充电，积蓄电压；