[发明专利]一种基于耦合电感的限流型混合式直流断路器

说明书

本发明提供一种基于耦合电感的限流型混合式直流断路器，涉及电力电子领域。该断路器由并联的主支路和辅助支路两部分组成，主支路由高速机械开关和IGBT阀组组成，而辅助支路由晶闸管和二极管阀组构成桥式电路以便实现双向电流分断，桥式电路内部由限流分断和自充电部分组成。本发明利用晶闸管和电容相互配合实现耦合电感器一次绕组的快速投切实现故障电流的抑制，并可以根据故障检测结果，通过耦合电感器的耦合作用，实现限流后分断或恢复正常运行。此外，本发明也可以不投入限流直接进行小电流分断以及利用直流系统完成电容自充电。本发明限流效果明显，有效减少IGBT数量，降低控制难度和成本，设计合理、可靠性高，具有理论和显著的工程意义。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种基于耦合电感的限流型混合式直流断路器。

背景技术

高压直流输电技术是基于电力电子器件的新一代输电技术，以其不可替代的优势在长距离输电中得到了广泛的应用，是未来电网发展和变革的重要方向之一。然而，直流电网具有“低惯量、低阻抗”的特性，在直流侧出现短路故障后，直流电流发展迅速，如果短时间内不能切除故障，会影响整个系统的正常运行。高压直流断路器能够切除直流侧的短路故障，成为构建可靠直流输电系统的关键设备。随着直流电网输电距离、规模容量和电压等级的不断提高，快速上升的故障电流对直流断路器的分断能力也提出了更高的要求。当前缺乏合适的高压直流断路器也成为了高压直流输电技术发展的主要限制因素之一。

直流断路器可分为机械式、固态式和混合式断路三种。机械式断路器具有状态损耗小、负载容量大的优点，但中断电流的时间太长。固态式断路器可以在短时间内中断电流。然而，由于固态式断路器在稳态条件下的功耗仍然过高，因此固态式断路器在高稳态电流的应用中尚未得到广泛的应用。混合式断路器可以用基于机械式断路器的拓扑结构来处理连接到固态式断路器的稳态电流，以执行电流中断，即混合式断路器结合了机械式直流断路器的经济性和固态式直流断路器的反应速度的优点，具备通态损耗低、分断快速可控、可靠性高等优势，在直流电网中具有广阔的应用前景。

虽然直流断路器技术近年来取得了很大的进步，但大多数研究仍是在一些特殊的小容量领域进行。主要问题在于以下两个方面：(1)直流故障电流难以快速中断。由于直流系统的阻抗很小，当发生短路故障时，短路电流会迅速上升。对于直流断路器，现有的电力电子器件容量小，不能承受电压和电流的快速变化。(2)串联的电力电子设备的数量多。混合式断路器可以使用全控型的电力电子设备来中断直流电路，但电力电子器件的耐受电压有限，而且全控型的电力电子器件均压技术难度大。

因此，提供一种能够解决上述技术问题的基于耦合电感的限流型混合式直流断路器，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种基于耦合电感的限流型混合式直流断路器，可以解决目前直流断路器价格昂贵、结构复杂、可靠性低的技术问题。

本发明中，一种基于耦合电感的限流型混合式直流断路器，其特征在于，由并联的主支路和辅助支路两部分组成，其中所述辅助支路由阀组Q₁、Q₂、Q₃、Q₄构成的桥式电路组成，所述阀组Q₁、Q₂、Q₃、Q₄均由若干晶闸管和二极管同向串联组成，所述桥式电路内部由限流分断部分和自充电部分组成，所述限流分断部分和自充电部分并联后的一端与所述阀组Q₁和Q₂的共连接点连接，所述限流分断部分和自充电部分并联后的另一端与所述阀组Q₃和Q₄的共连接点连接。

本发明中，所述的基于耦合电感的限流型混合式直流断路器，其特征在于，所述主支路由高速机械开关UFD和IGBT阀组LCS组成；所述IGBT阀组LCS是由若干个串联的IGBT单元组成，每个IGBT单元均包括两个反向串联的IGBT模块。