一種高壓直流斷路器拓?fù)潆娐返闹谱鞣椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明提供一種高壓直流斷路器拓?fù)潆娐罚ㄖ髦?、電流轉(zhuǎn)移支路和能量吸收支路；所述主支路、電流轉(zhuǎn)移支路和能量吸收支路相互并聯(lián)。本發(fā)明提供一種高壓直流斷路器拓?fù)潆娐罚娐吠負(fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分?jǐn)噙^(guò)程中有穩(wěn)定的電流過(guò)零點(diǎn)，控制簡(jiǎn)便，應(yīng)用靈活，易于實(shí)現(xiàn)，分?jǐn)嚯娏髂芰Υ?，耐受電壓等?jí)高，擴(kuò)展能力強(qiáng)，設(shè)備成本低。
【專利說(shuō)明】一種高壓直流斷路器拓?fù)潆娐?br>
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種拓?fù)潆娐?，具體涉及一種高壓直流斷路器拓?fù)潆娐贰?br>
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著基于電壓源換流器（VSC)的多端柔性直流和直流電網(wǎng)技術(shù)的開(kāi)始應(yīng)用，快速 直流斷路器成為保證系統(tǒng)穩(wěn)定安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備之一。在交流系統(tǒng)中，交流電流在 一個(gè)周期內(nèi)存在兩個(gè)自然過(guò)零點(diǎn)，交流斷路器正是利用電流的自然過(guò)零點(diǎn)關(guān)斷電流，而在 直流系統(tǒng)中，直流電流不存在自然過(guò)零點(diǎn)，因此直流電流的開(kāi)斷遠(yuǎn)比交流電流的開(kāi)斷困難。
[0003] 開(kāi)斷直流電流通常有三種方式，一種是在常規(guī)交流機(jī)械斷路器的基礎(chǔ)上，通過(guò)增 加輔助電路，在開(kāi)斷弧間隙的直流電流上迭加增幅的振蕩電流，利用電流過(guò)零時(shí)開(kāi)斷電路， 利用這種原理制造的機(jī)械式斷路器，在分?jǐn)鄷r(shí)間上無(wú)法滿足多端柔性直流輸電系統(tǒng)的要 求；一種是利用大功率可關(guān)斷電力電子器件，直接分?jǐn)嘀绷麟娏?，利用這種原理制造的固態(tài) 斷路器，在時(shí)間上雖然可以滿足多端柔性直流系統(tǒng)的要求，但在正常導(dǎo)通時(shí)的損耗過(guò)大，經(jīng) 濟(jì)性較差；最后一種是采用機(jī)械開(kāi)關(guān)和電力電子器件混合的方式，正常運(yùn)行由機(jī)械開(kāi)關(guān)通 流，故障時(shí)將主支路的電流轉(zhuǎn)移至并聯(lián)連接的電力電子器件支路中，然后由電力電子器件 分?jǐn)嚯娏?。ABB目前提出的申請(qǐng)?zhí)枮?00980162538. X介紹的斷路器就屬于這類方式，該 申請(qǐng)?zhí)峁┮环N使輸電線路或配電線路的電流斷路的裝置和方法以及限流布置，電流斷路的 裝置包括主斷路器和非線性電阻器的并聯(lián)連接，其中主斷路器包括第一電流方向的至少一 個(gè)功利半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。還包括至少一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)的高速開(kāi)關(guān)和輔助斷路器的串聯(lián)連接，輔助 斷路器相比主斷路器有更小的導(dǎo)通電阻，并且包括第一電流方向的至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi) 關(guān)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高壓直流斷路器拓?fù)潆娐?，電?拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分?jǐn)噙^(guò)程中有穩(wěn)定的電流過(guò)零點(diǎn)，控制簡(jiǎn)便，應(yīng)用靈活，易于實(shí)現(xiàn)，分?jǐn)嚯娏?能力大，耐受電壓等級(jí)高，擴(kuò)展能力強(qiáng)，設(shè)備成本低。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明提供一種高壓直流斷路器拓?fù)潆娐?，所述拓?fù)潆娐钒ㄖ髦贰㈦娏鬓D(zhuǎn)移 支路和能量吸收支路；所述主支路、電流轉(zhuǎn)移支路和能量吸收支路相互并聯(lián)。
[0007] 所述能量吸收支路包括非線性電阻器。
[0008] 所述主支路包括串聯(lián)的第一主支路和第二主支路；所述第一主支路和第二主支路 均包括快速機(jī)械開(kāi)關(guān)、LC放電回路和電力電子器件。
[0009] 所述電流轉(zhuǎn)移支路包括串聯(lián)的第一全控型器件和第二全控型器件；所述第一全控 型器件和第二全控型器件分別與第一主支路和第二主支路并聯(lián)。
[0010] 所述第一全控型器件和第二全控型器件均采用帶有反并聯(lián)二極管的晶體管或兩 個(gè)晶體管反并聯(lián)結(jié)構(gòu)。 toon] 所述電力電子器件采用第三全控型器件或第一半控型器件；所述第三全控型器件 采用帶有反并聯(lián)二極管的晶體管，所述第一半控型器件為兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)結(jié)構(gòu)；
[0012] 所述LC放電回路包括電感L、電容C和第二半控型器件，所述電感L 一端連接第三 全控型器件，另一端連接快速機(jī)械開(kāi)關(guān)，所述電容C和第二半控型器件串聯(lián)后并聯(lián)在電感L 的兩端；所述第二半控型器件采用晶閘管或兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0013] 所述第一全控型器件和第二全控型器件均采用兩個(gè)晶體管串聯(lián)結(jié)構(gòu)或兩個(gè)帶有 反并聯(lián)二極管的晶體管串聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0014] 所述主支路包括快速機(jī)械開(kāi)關(guān)、LC放電回路和電力電子器件；
[0015] 所述電力電子器件采用二極管；
[0016] 所述LC放電回路包括電感L、電容C和晶閘管；所述電感L 一端連接二極管，另一 端連接快速機(jī)械開(kāi)關(guān)，所述電容C和晶閘管串聯(lián)后并聯(lián)在電感L的兩端。
[0017] 所述電流轉(zhuǎn)移支路包括兩個(gè)串聯(lián)的晶體管。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0019] 1、本發(fā)明所提斷路器正常運(yùn)行時(shí)，由快速機(jī)械開(kāi)關(guān)和少量電力電子器件流通，通 態(tài)損耗小，通流能力強(qiáng)；
[0020] 2、本發(fā)明所提斷路器通過(guò)主回路中串聯(lián)了半導(dǎo)體，實(shí)現(xiàn)主回路電流轉(zhuǎn)移完成后電 流過(guò)零點(diǎn)維持一段時(shí)間，從而可以使機(jī)械開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)無(wú)弧分?jǐn)啵軌蜓娱L(zhǎng)開(kāi)關(guān)的使用壽命，提 高開(kāi)關(guān)的分?jǐn)嗨俣龋子趯?shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接時(shí)的均壓?jiǎn)栴}；
[0021] 3、本發(fā)明所提斷路器拓?fù)洳捎昧?LC振蕩電路完成轉(zhuǎn)移電流，主支路半導(dǎo)體選擇 多樣化，可以選擇不控型、半控型或全控型半導(dǎo)體，可根據(jù)具體使用場(chǎng)合需要更改；
[0022] 4、本發(fā)明所提斷路器擴(kuò)展應(yīng)用性，強(qiáng)易于實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，應(yīng)用于高電壓等級(jí)時(shí)， 在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上優(yōu)勢(shì)更為明顯；
[0023] 7、本發(fā)明所提斷路器結(jié)構(gòu)新穎、控制簡(jiǎn)單，應(yīng)用靈活，動(dòng)作迅速，設(shè)備成本低，耐受 電壓等級(jí)高，且易于擴(kuò)展至不同電壓等級(jí)直流電網(wǎng)，包含傳統(tǒng)特高壓直流電網(wǎng)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中高壓直流斷路器拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)圖；
[0025] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例2中高壓直流斷路器拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)圖；
[0026] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例3中高壓直流斷路器拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例4中高壓直流斷路器拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0029] 實(shí)施例1
[0030] 如圖1，高壓直流斷路器拓?fù)潆娐钒ㄖ髦?、電流轉(zhuǎn)移支路和能量吸收支路；主 支路、電流轉(zhuǎn)移支路和能量吸收支路相互并聯(lián)。
[0031] 1)主支路包括串聯(lián)的第一主支路和第二主支路；第一主支路包括快速機(jī)械開(kāi)關(guān) K1、LC放電回路和電力電子器件；
[0032] 電力電子器件采用帶有反并聯(lián)二極管的晶體管Trl，LC放電回路包括電感L1、電 容Cl和晶閘管Thl，電感L1 一端連接反并聯(lián)二極管D1的陰極，另一端連接快速機(jī)械開(kāi)關(guān) K1，電容C1和晶閘管Thl串聯(lián)后并聯(lián)在電感L1的兩端；
[0033] 第二主支路包括快速機(jī)械開(kāi)關(guān)K2、LC放電回路和電力電子器件；
[0034] 電力電子器件采用帶有反并聯(lián)二極管的晶體管Tr2, LC放電回路包括電感L2、電 容C2和晶閘管Th2,電感L2 -端連接反并聯(lián)二極管D2的陰極，另一端連接快速機(jī)械開(kāi)關(guān) K2,電容C2和晶閘管Th2串聯(lián)后并聯(lián)在電感L2的兩端；
[0035] 2)電流轉(zhuǎn)移支路包括串聯(lián)的第一全控型器件和第二全控型器件，第一全控型器件 和第二全控型器件均采用2個(gè)帶有反并聯(lián)二極管的晶體管串聯(lián)結(jié)構(gòu)，第一全控型器件和第 二全控型器件分別與第一主支路和第二主支路并聯(lián)。
[0036] 3)能量吸收支路包括非線性電阻器，用于限制分?jǐn)喈a(chǎn)生的過(guò)電壓，極大的降低了 電容體積和成本。
[0037] 工作原理如下：
[0038] 第一步，當(dāng)直流系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，電流方向從左向右，依次經(jīng)過(guò)二極管D1、電感 L1、機(jī)械開(kāi)關(guān)K1和K2、電感L2和晶體管Tr2 ;電流轉(zhuǎn)移支路的晶體管處于導(dǎo)通態(tài)，電容預(yù)先 充有電壓。
[0039] 第二步，當(dāng)需要使用斷路器斷開(kāi)主回路電流時(shí)，關(guān)斷晶體管Trl，開(kāi)通電容電感放 電回路的晶閘管2,使LC回路放電，由于選用晶閘管2只具備單向?qū)芰?，所以LC放電回 路的放電電流只能持續(xù)約1/2個(gè)固有振蕩周期，在這期間，當(dāng)電容電壓反向且電容電壓超 過(guò)了轉(zhuǎn)移支路晶體管導(dǎo)通壓降時(shí)，電流開(kāi)始向轉(zhuǎn)移支路轉(zhuǎn)移，一旦全部轉(zhuǎn)移完畢，由于主回 路二極管1的存在，導(dǎo)致在一段時(shí)間內(nèi)，快速開(kāi)關(guān)上電流為零，即將電流過(guò)零點(diǎn)維持一段時(shí) 間，此時(shí)二極管1承受一個(gè)來(lái)自于電容的反向電壓。
[0040] 第三步，在電流維持在零點(diǎn)這段時(shí)間內(nèi)迅速打開(kāi)機(jī)械開(kāi)關(guān)K1，產(chǎn)生足夠開(kāi)距以耐 受系統(tǒng)過(guò)電壓。
[0041] 第四步，閉鎖電流轉(zhuǎn)移支路所有晶體管，使大部分系統(tǒng)電壓加在串聯(lián)的晶體管兩 端。
[0042] 第五步，當(dāng)電流轉(zhuǎn)移支路兩端電壓大于避雷器動(dòng)作電壓后，避雷器動(dòng)作，完成電流 切斷。
[0043] 實(shí)施例2
[0044] 如圖2,高壓直流斷路器拓?fù)潆娐钒ㄖ髦?、電流轉(zhuǎn)移支路和能量吸收支路；主 支路、電流轉(zhuǎn)移支路和能量吸收支路相互并聯(lián)。
[0045] 1)主支路包括串聯(lián)的第一主支路和第二主支路；第一主支路包括快速機(jī)械開(kāi)關(guān) K1、LC放電回路和電力電子器件；
[0046] 電力電子器件采用帶有反并聯(lián)二極管的晶體管Trl，LC放電回路包括電感L1、電 容C1和晶閘管，電感L1 一端連接反并聯(lián)二極管D1的陰極，另一端連接快速機(jī)械開(kāi)關(guān)K1，電 容C1和晶閘管Thl串聯(lián)后并聯(lián)在電感L1的兩端；
[0047] 第二主支路包括快速機(jī)械開(kāi)關(guān)K2、LC放電回路和電力電子器件；
[0048] 電力電子器件采用帶有反并聯(lián)二極管的晶體管Tr2, LC放電回路包括電感L2、電 容C2和晶閘管，電感L2-端連接反并聯(lián)二極管D2的陰極，另一端連接快速機(jī)械開(kāi)關(guān)K2,電 容C2和晶閘管Th2串聯(lián)后并聯(lián)在電感L2的兩端；
[0049] 2)電流轉(zhuǎn)移支路包括串聯(lián)的第一全控型器件和第二全控型器件，第一全控型器件 和第二全控型器件均采用2個(gè)晶體管串聯(lián)結(jié)構(gòu)，第一全控型器件和第二全控型器件分別與 第一主支路和第二主支路并聯(lián)。
[0050] 3)能量吸收支路包括非線性電阻器，用于限制分?jǐn)喈a(chǎn)生的過(guò)電壓，極大的降低了 電容體積和成本。
[0051] 實(shí)施例3
[0052] 如圖3,高壓直流斷路器拓?fù)潆娐钒ㄖ髦?、電流轉(zhuǎn)移支路和能量吸收支路；主 支路、電流轉(zhuǎn)移支路和能量吸收支路相互并聯(lián)。
[0053] 1)主支路包括快速機(jī)械開(kāi)關(guān)K、LC放電回路和電力電子器件；LC放電回路固有振 蕩周斯

【權(quán)利要求】
1. 一種高壓直流斷路器拓?fù)潆娐罚涮卣髟谟冢核鐾負(fù)潆娐钒ㄖ髦?、電流轉(zhuǎn)移 支路和能量吸收支路；所述主支路、電流轉(zhuǎn)移支路和能量吸收支路相互并聯(lián)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓直流斷路器拓?fù)潆娐?，其特征在于：所述能量吸收支?包括非線性電阻器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓直流斷路器拓?fù)潆娐?，其特征在于：所述主支路包括?聯(lián)的第一主支路和第二主支路；所述第一主支路和第二主支路均包括快速機(jī)械開(kāi)關(guān)、LC放 電回路和電力電子器件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓直流斷路器拓?fù)潆娐?，其特征在于：所述電流轉(zhuǎn)移支路 包括串聯(lián)的第一全控型器件和第二全控型器件；所述第一全控型器件和第二全控型器件分 別與第一主支路和第二主支路并聯(lián)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓直流斷路器拓?fù)潆娐?，其特征在于：所述第一全控型?件和第二全控型器件均采用帶有反并聯(lián)二極管的晶體管或兩個(gè)晶體管反并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓直流斷路器拓?fù)潆娐?，其特征在于：所述電力電子器?采用第三全控型器件或第一半控型器件；所述第三全控型器件采用帶有反并聯(lián)二極管的晶 體管，所述第一半控型器件為兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)結(jié)構(gòu)； 所述LC放電回路包括電感L、電容C和第二半控型器件，所述電感L 一端連接第三全控 型器件，另一端連接快速機(jī)械開(kāi)關(guān)，所述電容C和第二半控型器件串聯(lián)后并聯(lián)在電感L的兩 端；所述第二半控型器件采用晶閘管或兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓直流斷路器拓?fù)潆娐?，其特征在于：所述第一全控型?件和第二全控型器件均采用兩個(gè)晶體管串聯(lián)結(jié)構(gòu)或兩個(gè)帶有反并聯(lián)二極管的晶體管串聯(lián) 結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓直流斷路器拓?fù)潆娐罚涮卣髟谟冢核鲋髦钒?速機(jī)械開(kāi)關(guān)、LC放電回路和電力電子器件； 所述電力電子器件采用二極管； 所述LC放電回路包括電感L、電容C和晶閘管；所述電感L 一端連接二極管，另一端連 接快速機(jī)械開(kāi)關(guān)，所述電容C和晶閘管串聯(lián)后并聯(lián)在電感L的兩端。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的高壓直流斷路器拓?fù)潆娐罚涮卣髟谟冢核鲭娏鬓D(zhuǎn)移支路 包括兩個(gè)串聯(lián)的晶體管。
【文檔編號(hào)】H02J1/00GK104158171SQ201410406590
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】高陽(yáng), 魏曉光, 高沖, 賀之淵, 周萬(wàn)迪 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞電力工程有限公司, 華北電網(wǎng)有限公司