[发明专利]具备可靠快速重合闸保护能力的直流断路器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种具备可靠快速重合闸保护能力的直流断路器及其控制方法，直流断路器的主支路由机械开关和辅助换流开关串联组成；并联支路由四个二极管和一个晶闸管构成桥式电路以提供双向电流导通能力，并联支路并联于主支路两端；逆向回路中晶闸管、电容和电感串联在一起，避雷器一端接电容一侧，另一端接电感和逆向回路中晶闸管阴极的连接处，逆向回路两端分别接于并联支路晶闸管的两端；充电支路包含了一个电阻，电阻一端接零电位点，一端接到避雷器和电感的连接点。本发明利用晶闸管设计断路器，降低了投资，应用两次谐振实现了断路器可靠动作和可靠快速重合闸保护，所有晶闸管均实现了零电压反向恢复，因此没有恢复过程中的过电压问题。

技术领域

本发明属于直流断路器制造领域，具体涉及一种基于晶闸管的具备可靠快速重合闸保护能力的直流断路器及其控制方法。

背景技术

最近几年，中高压直流配电网、柔性直流系统在各国都在迅速发展，但是由于电压源型直流系统的线路阻抗非常小，因此相比交流故障电流，直流故障电流上升非常迅速且没有自然过零点，因此针对直流系统的保护成为直流系统发展的瓶颈问题。直流断路器可以在极短的几毫秒时间内切除大电流，能够有选择地快速切除故障线路从而保护健康线路，进而规避换流站闭锁带来的系统整体性可靠性风险，已经被业内公认为最有希望的保护方案。

现存的直流断路器拓扑主要可以分成三类：机械式，固态式，混合式。（1）机械式断路器主支路采用机械开关，利用并联于机械开关的LC振荡转移电流创造机械开关的电流过零点，实现机械开关的零电流开断，但由于机械式断路器仍存在灭弧需求，随之而来的灭弧成本和维护成本较高。（2）典型的固态式断路器的主支路由全控电力电子器件串联，相较机械式方案，固态式方案可以更快地切除故障电流，但是导通损耗很大，且随着电压电流等级提升成本会显著增加。（3）典型的应用于中高压系统的混合式断路器主支路由机械开关和辅助换流开关构成，并联支路由串联的全控电力电子器件构成。该断路器导通损耗比固态式断路器低，但同样大量使用全控器件导致成本同样巨大且操作复杂。成本和损耗是设计直流断路器时非常重要的两个考量角度，晶闸管的导通损耗和成本都只有同样特性的全控器件的1/10，因此基于晶闸管设计的直流断路器越来越受欢迎。由于晶闸管为电力电子半控器件，业内提出了一系列被动式方案，即利用故障发生为条件启动保护，但由于故障地点未知进而线路阻抗未知从而无法保证断路器可靠动作。此外，基于晶闸管的方案还面临着反向恢复过程导致的过压问题，双向电流切除难题。

此外，中高压直流系统一般通过架空线路传输电能，为了保证系统的可靠运行，一般需要直流断路器具备快速重合闸能力和相应的保护措施。当故障为暂时性故障时，直流断路器快速重合闸后可以保证系统恢复正常运行状态；而当故障为永久性故障时，直流断路器再次进行保护。业内提出的大多数基于晶闸管设计的直流断路器方案没有考虑快速重合闸能力，还有部分方案利用外部电压源对方案中电容进行再次充电，虽然可以实现快速重合闸保护功能，但操作复杂度、成本都会提高。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供了一种基于晶闸管的具备可靠快速重合闸保护能力的直流断路器及其控制方法，利用辅助晶闸管进行主动控制，解决了现有技术中成本高、电流无法双向切除、操作复杂、可靠性低、缺乏快速重合闸保护和晶闸管反向恢复过压的问题。

一种具备可靠快速重合闸保护能力的直流断路器，包括主支路、并联支路、逆向回路和充电支路；

所述主支路包括串联的超快速机械开关UFD和辅助换流开关LCS；