本發(fā)明涉及一種混合直流限流斷路器拓?fù)?，特別涉及一種柔性直流電網(wǎng)的高壓直流限流斷路器拓?fù)洹?/p>

背景技術(shù)：

直流斷路器是保證直流輸配電系統(tǒng)和直流電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備之一。與交流系統(tǒng)所不同的是，直流系統(tǒng)的電流并不存在自然過零點(diǎn)，因此直流系統(tǒng)中無法像交流系統(tǒng)一樣利用電流的自然過零點(diǎn)關(guān)斷，因此直流故障電流的開斷問題一直是一個(gè)值得研究的課題。

為快速有效隔離直流故障，保障直流電網(wǎng)相關(guān)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，并盡可能減少故障對(duì)交直流系統(tǒng)運(yùn)行帶來的影響，需要采用高壓直流斷路器技術(shù)。目前，高壓直流斷路器主要集中于3種類型，即基于常規(guī)開關(guān)的傳統(tǒng)機(jī)械式直流斷路器、基于純電力電子器件的固態(tài)直流斷路器和基于二者結(jié)合的混合式直流斷路器。傳統(tǒng)機(jī)械式直流斷路器通態(tài)損耗低，但受到振蕩所需時(shí)間和常規(guī)機(jī)械開關(guān)分?jǐn)嗨俣鹊挠绊?，難以滿足直流系統(tǒng)快速分?jǐn)喙收想娏鞯囊?；固態(tài)直流斷路器需要使用較多器件串聯(lián)，使其通態(tài)損耗大、成本高。因此，就目前研發(fā)現(xiàn)狀而言，基于機(jī)械開關(guān)和電力電子器件的混合式直流斷路器最具有大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的前景，為各方研究的重點(diǎn)。

隨著柔性直流電網(wǎng)的不斷發(fā)展，直流系統(tǒng)短路阻抗越來越小，短路電流水平越來越高，這對(duì)電力系統(tǒng)的危害也越來越大，有必要研究有效的短路電流限制技術(shù)。

因此，亟待開展具有限流功能的高壓直流斷路器研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服已有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種混合直流限流斷路器。本發(fā)明具有穩(wěn)態(tài)運(yùn)行損耗小，出現(xiàn)短路故障時(shí)能夠快速限流并切除故障，結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。

本發(fā)明直流限流斷路器拓?fù)浒焖贆C(jī)械開關(guān)b、igbt模塊g、晶閘管模塊t1、晶閘管模塊t2、限流器fcl、電感l(wèi)1、電容c1和避雷器mov?？焖贆C(jī)械開關(guān)b連接在連接點(diǎn)1和連接點(diǎn)5之間，igbt模塊g連接在連接點(diǎn)2和連接點(diǎn)5之間，快速機(jī)械開關(guān)b和igbt模塊g串聯(lián)，晶閘管模塊t2連接在連接點(diǎn)1和連接點(diǎn)2之間，晶閘管模塊t1和限流器fcl均連接在連接點(diǎn)2和連接點(diǎn)3之間，晶閘管模塊t1和限流器fcl并聯(lián)，電容c1連接在連接點(diǎn)1和連接點(diǎn)4之間，電感l(wèi)1連接在連接點(diǎn)3和連接點(diǎn)4之間，電容c1和電感l(wèi)1串聯(lián)，避雷器mov連接在連接點(diǎn)1和連接點(diǎn)3之間。該斷路器通過連接點(diǎn)1和連接點(diǎn)3串聯(lián)接入直流母線、直流輸電線之間，構(gòu)成直流限流斷路器。

所述的晶閘管模塊t1和晶閘管模塊t2均為兩個(gè)晶閘管反向并聯(lián)的組合，所述的igbt模塊g為兩個(gè)帶反并聯(lián)二極管的igbt反向串聯(lián)的組合，所述的限流器fcl為常規(guī)電抗器或者電阻型超導(dǎo)限流器。所述的快速機(jī)械開關(guān)b包括至少一個(gè)快速機(jī)械開關(guān)串聯(lián)組件，所述的晶閘管模塊t1和晶閘管模塊t2均包括至少一個(gè)晶閘管反向并聯(lián)組合串聯(lián)組件，所述的igbt模塊g包括至少一個(gè)igbt反向串聯(lián)組合串聯(lián)組件。

所述的快速機(jī)械開關(guān)b、igbt模塊g和晶閘管模塊t2，可用快速機(jī)械開關(guān)b替換，即省去igbt模塊g和晶閘管模塊t2。快速機(jī)械開關(guān)b連接在連接點(diǎn)1和連接點(diǎn)2之間，晶閘管模塊t1和限流器fcl均連接在連接點(diǎn)2和連接點(diǎn)3之間，晶閘管模塊t1和限流器fcl并聯(lián)。電容c1連接在連接點(diǎn)1和連接點(diǎn)4之間，電感l(wèi)1連接在連接點(diǎn)3和連接點(diǎn)4之間，電容c1和電感l(wèi)1串聯(lián)，避雷器mov連接在連接點(diǎn)1和連接點(diǎn)3之間。構(gòu)成的混合直流限流斷路器可以作為一個(gè)模塊，工程實(shí)際應(yīng)用中，可以是多個(gè)這樣的模塊的串聯(lián)組合。

本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)：

1.該直流斷路器能夠?qū)⒍搪冯娏飨拗圃谳^低的水平，從而保護(hù)系統(tǒng)安全性。

2.可實(shí)現(xiàn)對(duì)短路電流的快速分?jǐn)啵揖哂须p向阻斷功能。

3.系統(tǒng)正常工作時(shí)的損耗更小，成本更低。

4.整個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單、易實(shí)現(xiàn)，可靠性高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例1的電路原理圖；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例2的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1所示為本發(fā)明的具體實(shí)施例1，實(shí)施例1的混合直流限流斷路器包括快速機(jī)械開關(guān)b、igbt模塊g、晶閘管模塊t2、晶閘管模塊t1、限流器fcl、電感l(wèi)1、電容c1和避雷器mov。

所述的快速機(jī)械開關(guān)b連接在連接點(diǎn)1和連接點(diǎn)5之間，igbt模塊g連接在連接點(diǎn)2和連接點(diǎn)5之間，快速機(jī)械開關(guān)b和igbt模塊g串聯(lián)，晶閘管模塊t2連接在連接點(diǎn)1和連接點(diǎn)2之間，晶閘管模塊t1和限流器fcl均連接在連接點(diǎn)2和連接點(diǎn)3之間，晶閘管模塊t1和限流器fcl并聯(lián)，電容c1連接在連接點(diǎn)1和連接點(diǎn)4之間，電感l(wèi)1連接在連接點(diǎn)3和連接點(diǎn)4之間，電容c1和電感l(wèi)1串聯(lián)，避雷器mov連接在連接點(diǎn)1和連接點(diǎn)3之間。晶閘管模塊t1和晶閘管模塊t2均由兩個(gè)晶閘管反向并聯(lián)組成，igbt模塊g由兩個(gè)帶反并聯(lián)二極管的igbt反向串聯(lián)組成，限流器fcl為常規(guī)電抗器或者電阻型超導(dǎo)限流器。直流電源udc為換流站直流母線，l0為電網(wǎng)系統(tǒng)直流線路上等效電感，電阻rload為等效負(fù)載。

在直流輸電線路正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，所述的快速機(jī)械開關(guān)b和igbt模塊g均處于導(dǎo)通狀態(tài)，晶閘管模塊t2和晶閘管模塊t1均處于關(guān)斷狀態(tài)，限流器fcl在此狀態(tài)下的阻抗可忽略，對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行基本沒有影響；直流電流通路為快速機(jī)械開關(guān)b、igbt模塊g以及限流器fcl；電容c1和電感l(wèi)1基本不參與運(yùn)行，僅在短路故障發(fā)生后，通過諧振使得斷路器順利實(shí)現(xiàn)開斷。

當(dāng)直流輸電線路發(fā)生短路故障時(shí)，首先，限流器fcl被立即觸發(fā)，投入限流；當(dāng)檢測到短路電流超過限定值時(shí)，對(duì)晶閘管模塊t2施加導(dǎo)通信號(hào)、對(duì)快速機(jī)械開關(guān)b和igbt模塊g觸發(fā)關(guān)斷，igbt模塊g經(jīng)極短時(shí)間延遲后完全關(guān)斷，短路電流全部轉(zhuǎn)移至晶閘管模塊t2，快速機(jī)械開關(guān)b可實(shí)現(xiàn)零電壓零電流關(guān)斷；通過限流器fcl、電容c1和電感l(wèi)1的參數(shù)設(shè)計(jì)，在短路電流轉(zhuǎn)移完成和快速機(jī)械開關(guān)b關(guān)斷完成時(shí)，電容c1已完成充電，此時(shí)對(duì)晶閘管模塊t1施加開通信號(hào)，電容c1和電感l(wèi)1產(chǎn)生較大的諧振電流注入晶閘管模塊t2和晶閘管模塊t1，當(dāng)流過晶閘管t2和晶閘管模塊t1的電流震蕩過零時(shí)，晶閘管模塊t2和晶閘管模塊t1均隨即關(guān)斷，隨后，短路電流對(duì)電容c1充電，當(dāng)電容c1兩端電壓升至避雷器mov動(dòng)作值時(shí)，線路剩余能量通過避雷器mov泄放至零，徹底完成故障分?jǐn)唷?/p>

本發(fā)明的限流斷路器具有諸多優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，對(duì)電網(wǎng)影響小且損耗更低；在直流輸電線路發(fā)生短路故障時(shí)，斷路器通過限流器fcl實(shí)現(xiàn)了對(duì)故障電流的有效限制；igbt模塊g和晶閘管模塊t2實(shí)現(xiàn)了快速機(jī)械開關(guān)b的無弧快速分?jǐn)?；通過電容c1和電感l(wèi)1的諧振完成了故障電流的阻斷，實(shí)現(xiàn)故障線路的隔離；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，易實(shí)現(xiàn)；具有雙向阻斷功能等。該斷路器有效地提高了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

圖2所示為本發(fā)明的具體實(shí)施例2，實(shí)施例2的混合直流限流斷路器是在具體實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，用快速機(jī)械開關(guān)b替換快速機(jī)械開關(guān)b、igbt模塊g和晶閘管模塊t2。快速機(jī)械開關(guān)b連接在連接點(diǎn)1和連接點(diǎn)2之間，晶閘管模塊t1和限流器fcl均連接在連接點(diǎn)2和連接點(diǎn)3之間，晶閘管模塊t1和限流器fcl并聯(lián)，電容c1連接在連接點(diǎn)1和連接點(diǎn)4之間，電感l(wèi)1連接在連接點(diǎn)3和連接點(diǎn)4之間，電容c1和電感l(wèi)1串聯(lián)，避雷器mov連接在連接點(diǎn)1和連接點(diǎn)3之間。該斷路器可以作為高壓直流斷路器的一個(gè)模塊，工程實(shí)際應(yīng)用中，可以是多個(gè)這樣的模塊串聯(lián)組合成為高壓直流斷路器。

在直流輸電線路正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，其工作原理和具體實(shí)施例1類似，所述的快速機(jī)械開關(guān)b處于導(dǎo)通狀態(tài)，晶閘管模塊t1處于關(guān)斷狀態(tài)，直流電流通路為快速機(jī)械開關(guān)b和限流器fcl。

當(dāng)直流輸電線路發(fā)生短路故障時(shí)，其工作原理和具體實(shí)施例1類似，首先，限流器fcl被立即觸發(fā)，迅速發(fā)揮限流作用，對(duì)短路電流的上升率進(jìn)行限制；當(dāng)檢測到短路電流超過限定值時(shí)，對(duì)快速機(jī)械開關(guān)b施加關(guān)斷操作，快速機(jī)械開關(guān)b隨即產(chǎn)生電弧，通過限流器fcl、電容c1和電感l(wèi)1的參數(shù)設(shè)計(jì)，使得電容c1被迅速充滿電，此時(shí)，對(duì)晶閘管模塊t1施加開通信號(hào)，將限流器fcl旁路，電容c1和電感l(wèi)1產(chǎn)生較大的震蕩電流注入快速機(jī)械開關(guān)b，流過快速機(jī)械開關(guān)b的電流很快降到零，電弧熄滅，快速機(jī)械開關(guān)b順利斷開，晶閘管模塊t1也隨即關(guān)斷。最后，線路剩余能量通過避雷器mov泄放至零。