[发明专利]一种多端有源谐振式直流断路器及其控制方法

说明书

本发明涉及一种多端有源谐振式直流断路器及其控制方法，所述断路器包括换流站侧断路器、线路侧断路器和超快速机械开关。在发生故障后，换流站侧断路器和线路侧断路器组成谐振回路，产生的反向谐振电流流过超快速机械开关，使其电弧快速熄灭；在故障线路与电网隔离后，线路侧断路器与换流站侧断路器分别进行故障电流的隔离。本发明提出的直流断路器结构可以有效减少断路器的全控器件数量，降低控制复杂程度；故障隔离速度快；通态损耗低；且不需要预充电电路。

技术领域

本发明涉及断路器领域，特别是一种多端有源谐振式直流断路器及其控制方法。

背景技术

由于具备传输容量大、可靠性高、结构简单等诸多优势，直流电网技术备受关注。但是，与交流电网不同，在直流电网中电感不能有效地抑制故障电流，直流电网中电流上升速度远高于交流电网。由于没有自然电流过零点，直流故障的隔离更加困难。因此，直流故障的保护成为限制直流电网发展的瓶颈。

目前，直流故障的隔离方案主要分为两类：采用具有故障自清除能力的换流器拓扑、安装直流断路器。具备故障自清除能力的换流器通过改变换流器的结构来实现故障的清除，但是其所需的电力电子器件数量较多，控制也会相对复杂，同时也会引入额外的损耗。直流断路器根据断流原理的不同，可分为机械式直流断路器、固态直流断路器和混合式直流断路器。机械式直流断路器在正常运行时通态损耗低，在故障隔离时需要利用谐振支路创造电流过零点熄灭电弧。固态直流断路器采用全电力电子器件来开断故障支路，通态损耗较大，同时电力电子器件的大量使用也使得建设成本增加。混合式直流断路器结合机械式直流断路器和固态直流断路器的结构特点，利用电力电子器件为超快速机械开关创造零电流关断条件，满足电网速动性的要求，但是正常运行时电力电子器件仍会造成较大的通态损耗。

针对多端直流电网，为了保证电网的可靠性，每条出线上都应安装直流断路器，但是建设成本也会随之增加。一个换流站的多条出线共用主断路器，将断路器分为换流站侧主断路器和线路侧辅助断路器，可以降低建设成本。但是现有的多端直流断路器拓扑存在通态损耗大等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种多端有源谐振式直流断路器及其控制方法，可以有效减少断路器的全控器件数量，降低控制复杂程度；故障隔离速度快；通态损耗低；且不需要预充电电路。

本发明采用以下方案实现：一种多端有源谐振式直流断路器，包括一个换流站侧断路器、多个线路侧断路器和多个超快速机械开关；所述换流站侧断路器并联在换流站出站口，用于切断换流站侧的直流故障电流；所述线路侧断路器并联安装在换流站的各直流出线上，用于阻断线路侧的故障电流；所述超快速机械开关串联安装在各直流线路上，位于所述换流站侧断路器和所述线路侧断路器之间，每个线路侧断路器均串联一个超快速机械开关。

进一步地，所述换流站侧断路器包括第一晶闸管阀组、限流电感、第一电容器组和第一氧化锌避雷器；所述第一晶闸管阀组、限流电感和第一电容器组依次串联，所述第一电容器组两端并联第一氧化锌避雷器。

进一步地，所述线路侧断路器包括第二晶闸管阀组、二极管阀组、限流电阻、第二电容器组和第二氧化锌避雷器；所述第二晶闸管阀组与所述第二电容器组串联；所述二极管阀组和所述限流电阻串联，并同时与所述第二晶闸管阀组并联；所述第二电容器组两端并联所述第二氧化锌避雷器。

进一步地，本发明还提供一种多端有源谐振式直流断路器的控制方法，当直流电网运行正常时，所述超快速机械开关上流过正常电流，线路侧断路器中的第二电容器组通过二极管阀组和限流电阻进行预充电，换流站侧断路器不接入电网；