[发明专利]一种基于改进型半桥子模块的混合式高压直流断路器及其控制策略

摘要

本发明公开了一种基于改进型半桥子模块的混合式高压直流断路器及其控制策略，断路器包括IGBT模块、超快速机械开关、负载转移开关、子模块电容以及泄能支路。本发明针对传统混合式高压直流断路器的基本拓扑进行了改进，通过引入改进型半桥子模块，使故障能量通过子模块电容进行吸收，避免额外配置MOV避雷器所带来的设备投资；同时通过其泄能支路的开断，使子模块电容电压稳定在合理范围内，防止器件损毁。

主权项

1.一种基于改进型半桥子模块的混合式高压直流断路器的控制策略，该混合式高压直流断路器具有稳态运行和故障处理两种工作模式，其一端通过隔离开关以及电抗器与换流站相连，另一端则与直流输电线路相连；所述混合式高压直流断路器包括IGBT模块T1、超快速机械开关、负载转移开关、电容C以及泄能支路；其中，所述负载转移开关由IGBT模块T2构成，所述泄能支路由IGBT模块T3和泄能电阻构成，IGBT模块T1的发射极与超快速机械开关的一端以及隔离开关相连IGBT模块T1的集电极与电容C的一端以及IGBT模块T3的集电极相连，IGBT模块T3的发射极与泄能电阻的一端相连，超快速机械开关的另一端与IGBT模块T2的集电极相连，IGBT模块T2的发射极与电容C的另一端、泄能电阻的另一端以及直流输电线路相连；所述IGBT模块T1和T2均由若干带反并联二极管的IGBT串并联组成，IGBT模块T3则由若干IGBT串并联组成；所述负载转移开关在稳态运行模式下处于导通状态，在故障处理模式下用于将直流电流转移至电容C；在稳态运行模式下，所述控制策略为：使IGBT模块T1和T3关断、超快速机械开关闭合、负载转移开关导通；此运行模式下，断路器中的电容C不会充电且电容电压为零；在故障处理模式下，所述控制策略包括如下步骤：(1)若直流输电线路在t₀时刻发生短路故障，则断路器会在t₁时刻收到相应故障指令，并立刻对负载转移开关施加关断信号，同时对IGBT模块T1施加导通信号；此时由于直流电流在负载转移开关中的流通路径被切断，经过一定时间延时，直流电流将全部经由IGBT模块T1对电容C进行充电；(2)负载转移开关在t₂时刻完成关断动作后，对超快速机械开关施加关断信号，经过一定时间延时，超快速机械开关在t₃时刻完成关断动作；此时直流电流将充分被电容C吸收，直至下降为0；(3)由于直流电流持续为电容C充电，因此电容电压持续上升，当电容电压超过设定的安全阈值上限U_max时，对泄能支路中的IGBT模块T3施加导通信号，电容C中的能量将通过泄能电阻进行释放；当电容电压小于设定的安全阈值下限U_min时，对泄能支路中的IGBT模块T3施加关断信号，电容C中的能量不再通过泄能电阻进行释放；(4)当直流电流下降为0后，将隔离开关打开，此时故障被隔离；故障隔离后，使电容C中的能量通过辅助电路进行释放，直至电容电压恢复至0。