[发明专利]一种适用于直流电网的具备故障类型判别能力的阻容型直流断路器拓扑

说明书

本发明涉及一种适用于直流电网的具备故障类型判别能力的阻容型直流断路器拓扑，属于多端直流、直流电网技术领域；该直流断路器拓扑包含阻容电流转移支路、断流支路、故障类型判别支路，其中阻容电流转移支路由电阻、电容、IGBT、金属氧化物避雷器组成；断流支路由快速机械开关、IGBT、二极管组成；故障类型判别支路由电阻、二极管组成。该直流断路器拓扑中的阻容电流转移支路可辅助分断直流故障线路，同时可起到直流母线电压支撑作用，防止非故障线路断路器因换流器直流母线电压过低而发生误动作；断流支路具备双向开断电流能力；故障类型判别支路可以区分瞬时性故障与永久性故障，避免盲目重合闸于永久性故障对系统造成严重危害。

技术领域

本发明涉及一种适用于直流电网的具备故障类型判别能力的阻容型直流断路器拓扑，属于多端直流、直流电网领域。

背景技术

柔性直流电网是实现大规模可再生能源发电汇集，多能互补和友好型并网的有效手段。直流断路器是保障直流电网安全稳定运行的关键设备，目前直流断路器主要分为三类：机械式DCCB、全固态式DCCB和混合式DCCB，其中混合式DCCB兼具机械开关低通态损耗特性与电力电子器件的快速分断特性，是目前的优选直流断路器类型。混合式DCCB由主支路、电力电子断流支路、耗能支路构成。在正常工作时电流流过阻抗较低的主支路，关断时先将电流转移到电力电子断流支路，然后将负荷转移开关打开，再用电力电子器件进行关断，用避雷器吸收较大的故障能量。缺点是电力电子断流支路中的IGBT器件需要按照承受较高的直流电压和较大的故障电流来设计，导致需要大量IGBT器件串并联，这使得混合式DCCB造价高昂。部分不依赖于直流断路器的故障清除策略，如半全混合拓扑等，由于器件使用量较多，因此投资成本和运行成本较高，在一定程度上降低了经济性。此外，以上拓扑均无法判定故障类型是瞬时性故障还是永久性故障，若盲目重合闸于永久性故障，不仅不能使系统恢复正常供电，而且对系统稳定和电气设备所造成的危害将远超过正常运行状态下发生故障时对系统的危害。未来多端直流和直流电网中的直流断路器的研制依然有许多难题需要解决，研究适用于高压大容量场合，且具有良好经济性和故障类型判别能力的直流断路器已经成为迫切需要。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种适用于直流电网的具备故障类型判别能力的阻容型直流断路器拓扑。

本发明的目的在于克服当前高压直流断路器关断延迟较长，电压等级较低，造价高昂和无法判定故障类型是瞬时性故障还是永久性故障的缺点。

本发明所采用的技术方案是：在系统正常运行时，断流支路中IGBT处于导通状态，阻容电流转移支路中IGBT和故障类型判别支路中二极管均处于关断状态，电流流经阻抗较低的断流支路；在直流线路故障发生时，触发阻容电流转移支路中的IGBT，可实现故障电流的主动转移，为隔离故障线路创造有利条件；当负荷转移开关分断后故障电流降低至零，线路上的快速机械开关可分断故障线路；在线路故障清除之后，闭合负荷转移开关，为后期重合闸操作做准备；关断阻容电流转移支路中的主开关T_rc，当故障类型为永久性故障时，放电电阻R_rc2支路和故障类型判别支路为吸收电容C_rc提供放电通路，此时故障类型判别支路电流I_jud不为零；当故障类型为瞬时性故障时，由于故障点已经消除，此时故障类型判别支路无法为吸收电容C_rc提供放电通路，此时故障类型判别支路电流I_jud近乎为零。因此可以根据故障类型判别支路电流是否为零，从而判断出故障类型。与现有技术相比，本发明具有的优势为：

1、经济性好，由于混合式DCCB中电力电子断流支路中的IGBT器件需要按照承受较高的直流电压和较大的故障电流来设计，并且电力电子断流支路需要具备双向开断电流能力，这进一步增加了电力电子断流支路中IGBT数量，此外，需要在每条直流线路上都配置混合型DCCB，导致投资成本高昂；而该阻容型断路器中的阻容电流转移支路只需配置单向IGBT即可实现故障电流的主动转移，为隔离故障线路创造有利条件，并且阻容电流转移支路只需配置在换流器直流母线处，随着换流器出线数目的增多，本发明的经济性优势越发明显。