CN105811379A - 一种有源混合式高压直流断路器用供电电路和供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种有源混合式高压直流断路器用供电电路和供电方法，所述供电电路包括IGBT开关模块、高压隔离开关模块和直流电源；所述直流电源的正极、所述IGBT开关模块、所述高压隔离开关模块依次连接，所述直流电源的负极和所述高压隔离开关模块的另一端分别与所述高压直流断路器的电容C两端连接。本发明提供的技术方案结构简单，控制方便，易于实现，可满足高压直流断路器的高压电气隔离条件以及直流断路器工作时的能量需求。

Description

一种有源混合式高压直流断路器用供电电路和供电方法

技术领域

本发明涉及一种供电电路和供电方法，具体讲涉及一种用于向有源混合式高压直流断路器的高电位电容充电的供电电路和供电方法。

背景技术

直流断路器是直流换流站的主要电气设备之一。它不仅在***正常运行时能切断和接通高压线路及各种空载和负荷电流，而且当***发生故障时，通过继电保护装置的作用能自动、迅速、可靠地切除各种过负荷和短路电流，防止事故范围的扩大。

直流断路器中的有源混合式高压直流断路器因其电力电子器件数量少、控制简单、分断故障电流所需时间少、可分断的故障电流幅值大等优点，而得到广泛应用；

有源混合式高压直流断路器在***故障发生时，是通过电容C向快速机械开关支路放电来实现机械开关无弧分断，从而分断故障电流；这就要求电容C上有足够的能量和电压；因此需要向电容C充电；

现有的有源混合式高压直流断路器在对电容C充电时，直接将直流电源连接在电容两端，充电完成后，完全切断电源与电容的连接，这种充电方式存在如下不足：1)电容储存能量会随时间增加而减少，电容能量不能有效及时补给，当***发生故障时，可能导致电容C不能及时有效放电分断故障电流，而给电力***造成损害；2)不具备高压隔离功能，当电网***故障，引起电容两端反压时，电容两端的反向高压可能会直接施加在地电位电源上，引起电气击穿，导致绝缘故障。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种有源混合式高压直流断路器用供电电路和供电方法。

本发明提供的技术方案是：一种有源混合式高压直流断路器用供电电路，其改进之处在于：所述供电电路包括IGBT开关模块、高压隔离开关模块和直流电源；所述直流电源的正极、所述IGBT开关模块、所述高压隔离开关模块依次连接，所述直流电源的负极和所述高压隔离开关模块的另一端分别与所述高压直流断路器的电容C两端连接。

优选的，所述高压直流断路器包括快速机械开关、电力电子器件、二极管A、二极管B、电感L、所述电容C、晶闸管A、晶闸管B；

所述快速机械开关的一端与电力电子器件的一端连接，其另一端分别与所述二极管A的阴极和所述晶闸管A的阳极连接；所述电力电子器件的另一端分别与所述二极管B的阴极和所述晶闸管B的阳极连接；

所述二极管A的阳极分别与所述二极管B的阳极和所述电感L的一端连接；所述电感L的另一端与所述电容C的一端连接，所述电容C的另一端分别与所述晶闸管A的阴极和所述晶闸管B的阴极连接。

进一步，所述电容C与所述电感L的连接端与高压隔离开关模块连接，所述电容C与所述晶闸管A连接端与直流电源的负极连接。

进一步，所述电感L与所述晶闸管A的连接端与单相放电回路的一端连接，所述电容C与所述二极管A的连接端与单相放电回路的另一端连接。

进一步，所述单相放电回路包括电阻和晶闸管C，所述晶闸管C的阴极与所述电阻的一端连接，所述电容C与所述晶闸管A的连接端与所述晶闸管C的阳极连接；所述电感L与所述二极管A的连接端与所述电阻的另一端连接；当所述电容C与所述电感L的连接端的电压低于所述电容C另一端的电压时，所述晶闸管C导通，所述电容C通过所述晶闸管C对电阻放电。

优选的，所述IGBT开关模块包括IGBT和二极管C；所述IGBT的集电极分别与所述直流电源的正极和所述二极管C的阴极连接，所述IGBT的发射极分别与所述二极管C的阳极和所述高压隔离开关模块连接，所述IGBT的栅极与IGBT驱动控制器相连。

进一步，所述高压隔离开关模块包括依次串联的两个或两个以上晶闸管，依次串联的晶闸管中的第一个晶闸管的阳极与所述IGBT的发射极连接，依次串联的晶闸管中的最后一个晶闸管的阴极与高压直流断路器的电容C的一端连接；依次串联的全部晶闸管的控制极分别与晶闸管驱动控制器相连。

优选的，所述方法通过控制IGBT开关模块和高压隔离开关模块开通或关断给所述高压直流断路器的电容C供电。

进一步，当所述电容C两端的电压不满足使用要求时，触发所述IBGT开关模块和所述高压隔离开关模块开通，直流电源给所述电容C充电；当所述电容C两端的电压满足使用要求时，触发所述IBGT开关模块关断；

当所述电容C与直流电源负极连接端的电压高于所述电容C另一端的电压时，触发所述高压隔离开关模块关断。

与最接近的技术方案相比，本发明具有如下显著进步:

1)本发明提供的技术方案可实时有效地给电容补给充足的电压和能量，在***发生故障时，快速有效放电，切断故障电流时，提高了直流断路器的工作可靠性；保证了换流设备和用电设备的安全稳定运行；

2)本发明在直流电源与电容C之间设置可控的高压隔离开关，可有效实现高压电气隔离，防止反向高电压直接施加在直流电源上，引起电气击穿，导致绝缘故障。

附图说明

图1为有源混合式高压直流断路器的结构原理图；

图2为图1中单相放电回路的结构原理图；

图3为图1中充电回路和电容C连接的电路原理图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

本发明提供一种有源混合式高压直流断路器用供电电路和供电方法。

有源混合式高压直流断路器的结构如图1所示：快速机械开关和电力电子器件串联，晶闸管A的阴极与晶闸管B的阴极连接，二极管A的阳极与二极管B的阳极连接，***无故障发生时，电流流经快速机械开关和电力电子器件；故障发生后，根据电流流向控制晶闸管A或晶闸管B开通，使电容C通过二极管B或二极管A向快速机械开关支路注入电流，从而控制快速机械开关在零电压零电流条件下无弧分段。

如图2所示：为了防止在断路器切断故障电流的过程中，电容C上电压出现下正上负的情况，在LC回路两端并联单向放电回路，当电容C下端电压高于上端电压时，触发晶闸管导通，电容C通过单向放电回路向电阻放电，通过电阻消耗电容C上的能量，将电容电压降为零。

供电电路的结构原理图如图3所示：此结构中采用直流电源，使用IGBT作为开关，使用晶闸管堆(或高压硅堆)来隔离高压。电容电压不满足使用要求时，触发IGBT和晶闸管堆(或高压硅堆)，直流电源向电容充电，直至满足直流断路器正常工作时所需电能，之后闭锁IGBT。通过检测电容两端电压，开通或者闭锁IGBT，以保证电容两端电压及电容上电能满足设计需求。当由于电网***原因，电容两端电压出现反压时，闭锁晶闸管堆(或高压硅堆)，防止反向高电压施加在地电位直流电源上，引起电气击穿，绝缘故障。

采用这种供电电路和供电方法的高压直流断路器不但能够应用于柔性直流***，也可应用于常规直流输电***，有效快速切断故障电流，而不分断前级交流断路器，有效快速切断故障电流，而不分断前级交流断路器，保证***的稳定可靠运行，对换流设备及用电设备安全运行具有重大意义。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种有源混合式高压直流断路器用供电电路，其特征在于：所述供电电路包括IGBT开关模块、高压隔离开关模块和直流电源；所述直流电源的正极、所述IGBT开关模块、所述高压隔离开关模块依次连接，所述直流电源的负极和所述高压隔离开关模块的另一端分别与所述高压直流断路器的电容C两端连接。

2.如权利要求1所述的一种有源混合式高压直流断路器供电电路，其特征在于：

所述高压直流断路器包括快速机械开关、电力电子器件、二极管A、二极管B、电感L、所述电容C、晶闸管A、晶闸管B；

所述快速机械开关的一端与电力电子器件的一端连接，其另一端分别与所述二极管A的阴极和所述晶闸管A的阳极连接；所述电力电子器件的另一端分别与所述二极管B的阴极和所述晶闸管B的阳极连接；

所述二极管A的阳极分别与所述二极管B的阳极和所述电感L的一端连接；所述电感L的另一端与所述电容C的一端连接，所述电容C的另一端分别与所述晶闸管A的阴极和所述晶闸管B的阴极连接。

3.如权利要求2所述的一种有源混合式高压直流断路器供电电路，其特征在于：

所述电容C与所述电感L的连接端与高压隔离开关模块连接，所述电容C与所述晶闸管A连接端与直流电源的负极连接。

4.如权利要求3所述的一种有源混合式高压直流断路器供电电路，其特征在于：

所述电感L与所述晶闸管A的连接端与单相放电回路的一端连接，所述电容C与所述二极管A的连接端与单相放电回路的另一端连接。

5.如权利要求3所述的一种有源混合式高压直流断路器供电电路，其特征在于：

所述单相放电回路包括电阻和晶闸管C，所述晶闸管C的阴极与所述电阻的一端连接，所述电容C与所述晶闸管A的连接端与所述晶闸管C的阳极连接；所述电感L与所述二极管A的连接端与所述电阻的另一端连接；当所述电容C与所述电感L的连接端的电压低于所述电容C另一端的电压时，所述晶闸管C导通，所述电容C通过所述晶闸管C对电阻放电。

6.如权利要求1所述的一种有源混合式高压直流断路器供电电路，其特征在于：

所述IGBT开关模块包括IGBT和二极管C；所述IGBT的集电极分别与所述直流电源的正极和所述二极管C的阴极连接，所述IGBT的发射极分别与所述二极管C的阳极和所述高压隔离开关模块连接，所述IGBT的栅极与IGBT驱动控制器相连。

7.如权利要求6所述的一种有源混合式高压直流断路器供电电路，其特征在于：

所述高压隔离开关模块包括依次串联的两个或两个以上晶闸管，依次串联的晶闸管中的第一个晶闸管的阳极与所述IGBT的发射极连接，依次串联的晶闸管中的最后一个晶闸管的阴极与高压直流断路器的电容C的一端连接；依次串联的全部晶闸管的控制极分别与晶闸管驱动控制器相连。

8.一种用权利要求1中的供电电路实现的有源混合式高压直流断路供电方法，其特征在于：所述方法通过控制IGBT开关模块和高压隔离开关模块开通或关断给所述高压直流断路器的电容C供电。

9.如权利要求8所述的供电方法，其特征在于：

当所述电容C两端的电压不满足使用要求时，触发所述IBGT开关模块和所述高压隔离开关模块开通，直流电源给所述电容C充电；当所述电容C两端的电压满足使用要求时，触发所述IBGT开关模块关断；

当所述电容C与直流电源负极连接端的电压高于所述电容C另一端的电压时，触发所述高压隔离开关模块关断。