CN111030042A - 一种无源型半控混合式直流断路器及其控制方法 - Google Patents

一种无源型半控混合式直流断路器及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111030042A
CN111030042A CN201911264604.6A CN201911264604A CN111030042A CN 111030042 A CN111030042 A CN 111030042A CN 201911264604 A CN201911264604 A CN 201911264604A CN 111030042 A CN111030042 A CN 111030042A
Authority
CN
China
Prior art keywords
thyristor
mechanical switch
current
branch
direct current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911264604.6A
Other languages
English (en)
Inventor
周万迪
魏晓光
李弸智
高冲
郭亮
张升
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Corp of China SGCC
Global Energy Interconnection Research Institute
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
Global Energy Interconnection Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Corp of China SGCC, Global Energy Interconnection Research Institute filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN201911264604.6A priority Critical patent/CN111030042A/zh
Publication of CN111030042A publication Critical patent/CN111030042A/zh
Priority to PCT/CN2020/096248 priority patent/WO2021114599A1/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications

Landscapes

  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)

Abstract

本发明提供一种无源型半控混合式直流断路器及其控制方法，直流断路器包括快速机械开关K、谐振模块、用于吸收故障电流的耗能支路、晶闸管T1和晶闸管T2；晶闸管T1和晶闸管T2反并联后与谐振模块串联构成转移支路；转移支路、耗能支路与快速机械开关K并联；晶闸管T1的集电极连接快速机械开关K；本发明大大降低了损耗，且减小了体积，降低了成本，提高了可靠性；本发明能够实现直流电流的双向且快速开断，运行损耗低，主通流支路仅由快速机械开关构成，不需要配置水冷***，具备强过载能力，开断电流可达到数十kA，满足直流输配电***应用需求。本发明不需要配备高压隔离辅助电源，简化了设备结构，提高了可靠性，有效降低了设备占地面积。

Description

一种无源型半控混合式直流断路器及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种无源型半控混合式直流断路器及其控制方法。
背景技术
风光等大规模清洁能源并网与消纳对直流输配电***发展提出了需求，高压直流断路器是直流***可靠、经济与灵活运行的关键设备。混合采用机械开关和电力电子器件的直流断路器兼具了机械开关的低损耗特性和电力电子器件的快速分断特性，是目前应用直流***中实现电流快速开断最为有效的技术途径。目前混合式直流断路器普遍采用全控器件，开断电流受限于全控器件开断电流能力，且成本相对高昂，限制了其在弱阻尼直流输配电***广泛推广应用。
现有技术中基于晶闸管的混合式直流断路器虽然能够显著提升直流断路器开断电流能力，但是晶闸管无法自关断，实现直流断路器内部电流转移需要依靠预储能的电容、电抗等无源元件实现。通过供能***对电容预充电方式能够实现直流断路器内部电流转移，但是直流断路器的损耗和成本高，体积大，且直流断路器的整体可靠性低。
发明内容
为了克服上述现有技术中损耗高、体积大、成本高以及整体可靠性低的不足，本发明提供一种无源型半控混合式直流断路器及其控制方法，直流断路器快速机械开关K、谐振模块、用于吸收故障电流的耗能支路、晶闸管T1和晶闸管T2；所述快速机械开关K两端分别连接直流线路，构成主通流支路；所述晶闸管T1和晶闸管T2反并联后与谐振模块串联构成转移支路；所述转移支路、耗能支路与主通流支路并联；且所述晶闸管T1的集电极连接快速机械开关K，大大降低了损耗，且减小了体积，降低了成本，提高了整体可靠性。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一方面，本发明提供一种无源型半控混合式直流断路器，包括快速机械开关K、谐振模块、用于吸收故障电流的耗能支路、晶闸管T1和晶闸管T2；
所述快速机械开关K两端分别连接直流线路，构成主通流支路；
所述晶闸管T1和晶闸管T2反并联后与谐振模块串联构成转移支路；
所述转移支路、耗能支路与主通流支路并联；
且所述晶闸管T1的集电极连接快速机械开关K。
所述谐振模块包括电容C和电感L；
所述电容C、电感L和晶闸管T1/晶闸管T2依次串联。
所述转移支路还包括电阻R；所述电阻R一端连接到电感L与晶闸管T1/晶闸管T2之间，另一端接地。
所述耗能支路包括一个或多个串联的避雷器。
另一方面，本发明提供一种无源型半控混合式直流断路器的控制方法，包括：
当直流断路器投入运行时，控制快速机械开关K合闸，直流线路正常工作电流流过所述主通流支路；
当直流断路器线路侧发生故障时，控制快速机械开关K分闸，然后依次触发晶闸管T2和晶闸管T1，之后耗能支路吸收故障电流；；
当直流断路器电源侧发生故障时，控制快速机械开关K分闸，触发晶闸管T2，之后耗能支路吸收故障电流。
所述当直流断路器投入运行时，控制快速机械开关K闭合，直流线路正常工作电流流过所述主通流支路之前，包括：
对电容C进行充电，晶闸管T1和晶闸管T2均闭锁。
当直流断路器线路侧发生故障时，控制快速机械开关K分闸，然后依次触发晶闸管T2和晶闸管T1，之后耗能支路吸收故障电流，包括：
当所述直流断路器收到开断命令或达到过流保护定值时，控制快速机械开关K分闸；
触发所述晶闸管T2，使所述电容C放电；
所述电容C振荡反向后，触发所述晶闸管T1，对所述电容C进行充电；
当所述电容C的电压达到耗能支路的动作电压，耗能支路吸收故障电流。
当直流断路器电源侧发生故障时，控制快速机械开关K分闸，触发晶闸管T2，之后耗能支路吸收故障电流，包括：
当所述直流断路器收到开断命令或达到过流保护定值时，控制所述速机械开关K分闸；
触发所述晶闸管T2，使所述电容C放电；
快速机械开关K电流分断后，对所述电容C进行充电；
当所述电容C的电压达到耗能支路的动作电压，耗能支路吸收故障电流。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的无源型半控混合式直流断路器包括快速机械开关K、谐振模块、用于吸收故障电流的耗能支路、晶闸管T1和晶闸管T2；所述快速机械开关K两端分别连接直流线路，构成主通流支路；所述晶闸管T1和晶闸管T2反并联后与谐振模块串联构成转移支路；所述转移支路、耗能支路与主通流支路并联；且所述晶闸管T1的集电极连接快速机械开关K，大大降低了损耗，且减小了体积，降低了成本，提高了整体可靠性；
本发明提供的直流断路器能够实现直流电流的双向且快速开断，运行损耗低，主通流支路仅由快速机械开关构成，直流断路器拓扑通态损耗可忽略不计，且不需要配置水冷***，具备强过载能力，开断电流可达到数十kA，满足直流输配电***应用需求；
本发明提供的直流断路器设计和集成难度小，主要采用半控型电力电子器件，技术成熟，成本较低，可显著提升直流断路器经济性；
本发明不需要配备高压隔离辅助电源，简化了设备结构，提高了可靠性，有效降低了设备占地面积。
附图说明
图1是本发明实施例中无源型半控混合式直流断路器拓扑结构图；
图2是本发明实施例中直流断路器投入运行时快速机械开关K未合闸示意图；
图3是本发明实施例中直流断路器投入运行时快速机械开关K合闸示意图；
图4是本发明实施例中线路侧发生故障时快速机械开关K分闸示意图；
图5是本发明实施例中线路侧发生故障时电容放电示意图；
图6是本发明实施例中线路侧发生故障时电容振荡反向后触发晶闸管示意图；
图7是本发明实施例中线路侧发生故障时电容充电示意图；
图8是本发明实施例中线路侧发生故障时耗能支路吸收故障电流示意图；
图9是本发明实施例中电源侧发生故障时快速机械开关K分闸示意图；
图10是本发明实施例中电源侧发生故障时电容放电示意图；
图11是本发明实施例中电源侧发生故障时电容充电示意图；
图12是本发明实施例中电源侧发生故障时耗能支路吸收故障电流示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供了一种无源型半控混合式直流断路器，设于直流线路上，具体拓扑结构如图1所示，包括快速机械开关K、谐振模块、用于吸收故障电流的耗能支路、晶闸管T1和晶闸管T2；
快速机械开关K两端分别连接直流线路，构成主通流支路；
晶闸管T1和晶闸管T2反并联后与谐振模块串联构成转移支路；
转移支路、耗能支路与主通流支路并联；
且晶闸管T1的集电极连接快速机械开关K。
谐振模块包括电容C和电感L；
所述电容C、电感L和晶闸管T1/晶闸管T2依次串联。
转移支路还包括电阻R；电阻R一端连接到电感L与晶闸管T1/晶闸管T2之间，另一端接地。由于晶闸管T1和晶闸管T2反并联，所以晶闸管T1的集电极连接快速机械开关K时，晶闸管T2的发射极连接快速机械开关K。
耗能支路包括一个或多个串联的避雷器。
实施例2
本发明实施例2提供一种无源型半控混合式直流断路器的控制方法，无源型半控混合式直流断路器分为投入运行(即正常工作)、线路侧发生故障和电源侧发生故障三种工况，具体的控制方法包括：
当直流断路器投入运行时，控制快速机械开关K合闸，直流线路电流i流过主通流支路，如图3所示；
当直流断路器线路侧发生故障时，控制快速机械开关K分闸，然后依次触发晶闸管T2和晶闸管T1，之后耗能支路吸收故障电流；
当直流断路器电源侧发生故障时，控制快速机械开关K分闸，触发晶闸管T2，之后耗能支路吸收故障电流。
当直流断路器投入运行时，控制快速机械开关K闭合，直流线路电流流过主通流支路之前，快速机械开关K未合闸，通过电容C、电感L、电阻R和大地组成的回路对电容C进行充电，晶闸管T1和晶闸管T2均闭锁，如图2所示。
当直流断路器线路侧发生故障时，控制快速机械开关K分闸，然后依次触发晶闸管T2和晶闸管T1，之后耗能支路吸收故障电流，包括：
当直流断路器收到开断命令或达到过流保护定值时，控制快速机械开关K分闸，如图4所示；
快速机械开关K分闸至足够开距后，触发晶闸管T2，电容C经过快速机械开关K、晶闸管T2及电感L所构成的回路放电，主支路电流叠加了振荡电流iLC，如图5所示；
电容C振荡反向后，触发所述晶闸管T1，主支路电流叠加反向振荡电流iLC，如图6所示，创造电流过零点，快速机械开关K电弧熄灭；故障电流对电容C进行充电，电容C电压升高，如图7所示；
当电容C的电压达到耗能支路的动作电压，故障电流换流至耗能支路，耗能支路吸收故障电流，并完成故障电流分断，如图8所示。
当直流断路器电源侧发生故障时，控制快速机械开关K分闸，触发晶闸管T2，之后耗能支路吸收故障电流，包括：
当直流断路器收到开断命令或达到过流保护定值时，控制所述速机械开关K分闸，如图9所示；
快速机械开关K分闸至足够开距后，触发晶闸管T2，电容C经过快速机械开关K、晶闸管T2及电感L所构成的回路放电，主支路电流叠加了反向振荡电流iLC，如图10所示，创造电流过零点，电弧熄灭；
快速机械开关K电流分断后，故障电流转移至转移支路，对电容C充电，电容C电压升高，如图11所示；
当电容C的电压达到耗能支路的动作电压，故障电流换流至耗能支路，耗能支路吸收故障电流，并完成故障电流分断，如图12所示。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无源型半控混合式直流断路器，其特征在于，其包括：快速机械开关K、谐振模块、用于吸收故障电流的耗能支路、晶闸管T1和晶闸管T2；
所述快速机械开关K两端分别连接直流线路，构成主通流支路；
所述晶闸管T1和晶闸管T2反并联后与谐振模块串联构成转移支路；
所述转移支路、耗能支路与主通流支路并联；
且所述晶闸管T1的集电极连接快速机械开关K。
2.根据权利要求1所述的无源型半控混合式直流断路器，其特征在于，所述谐振模块包括电容C和电感L；
所述电容C、电感L和晶闸管T1/晶闸管T2依次串联。
3.根据权利要求2所述的无源型半控混合式直流断路器，其特征在于，所述转移支路还包括电阻R；所述电阻R一端连接到电感L与晶闸管T1/晶闸管T2之间，另一端接地。
4.根据权利要求1所述的无源型半控混合式直流断路器，其特征在于，所述耗能支路包括一个或多个串联的避雷器。
5.一种无源型半控混合式直流断路器的控制方法，其特征在于，包括：
当直流断路器投入运行时，控制快速机械开关K合闸，直流线路正常工作电流流过所述主通流支路；
当直流断路器线路侧发生故障时，控制快速机械开关K分闸，然后依次触发晶闸管T2和晶闸管T1，之后耗能支路吸收故障电流；
当直流断路器电源侧发生故障时，控制快速机械开关K分闸，触发晶闸管T2，之后耗能支路吸收故障电流。
6.根据权利要求4所述的无源型半控混合式直流断路器的控制方法，其特征在于，所述当直流断路器投入运行时，控制快速机械开关K闭合，直流线路正常工作电流流过所述主通流支路之前，包括：
对电容C进行充电，晶闸管T1和晶闸管T2均闭锁。
7.根据权利要求4所述的无源型半控混合式直流断路器的控制方法，其特征在于，所述当直流断路器线路侧发生故障时，控制快速机械开关K分闸，然后依次触发晶闸管T2和晶闸管T1，之后耗能支路吸收故障电流，包括：
当所述直流断路器收到开断命令或达到过流保护定值时，控制快速机械开关K分闸；
触发所述晶闸管T2，使所述电容C放电；
所述电容C振荡反向后，触发所述晶闸管T1，对所述电容C进行充电；
当所述电容C的电压达到耗能支路的动作电压，耗能支路吸收故障电流。
8.根据权利要求4所述的无源型半控混合式直流断路器的控制方法，其特征在于，所述当直流断路器电源侧发生故障时，控制快速机械开关K分闸，触发晶闸管T2，之后耗能支路吸收故障电流，包括：
当所述直流断路器收到开断命令或达到过流保护定值时，控制所述速机械开关K分闸；
触发所述晶闸管T2，使所述电容C放电；
快速机械开关K电流分断后，对所述电容C进行充电；
当所述电容C的电压达到耗能支路的动作电压，耗能支路吸收故障电流。
CN201911264604.6A 2019-12-11 2019-12-11 一种无源型半控混合式直流断路器及其控制方法 Pending CN111030042A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911264604.6A CN111030042A (zh) 2019-12-11 2019-12-11 一种无源型半控混合式直流断路器及其控制方法
PCT/CN2020/096248 WO2021114599A1 (zh) 2019-12-11 2020-06-16 无源型半控混合式直流断路器及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911264604.6A CN111030042A (zh) 2019-12-11 2019-12-11 一种无源型半控混合式直流断路器及其控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111030042A true CN111030042A (zh) 2020-04-17

Family

ID=70208688

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911264604.6A Pending CN111030042A (zh) 2019-12-11 2019-12-11 一种无源型半控混合式直流断路器及其控制方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN111030042A (zh)
WO (1) WO2021114599A1 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111585258A (zh) * 2020-07-06 2020-08-25 中天电气技术有限公司 一种混合式直流断路器以及一种直流电网
CN112886555A (zh) * 2021-03-03 2021-06-01 广东电网有限责任公司 一种集成型直流断路器、直流输电线路和故障切除方法
WO2021114599A1 (zh) * 2019-12-11 2021-06-17 全球能源互联网研究院有限公司 无源型半控混合式直流断路器及其控制方法
CN113725831A (zh) * 2021-08-18 2021-11-30 华中科技大学 一种经济型机械式高压直流断路器
CN114156846A (zh) * 2021-12-02 2022-03-08 中国科学院电工研究所 低损耗多端直流断路器及其控制方法
CN115085166A (zh) * 2022-08-19 2022-09-20 中国电力科学研究院有限公司 一种快速柱上开关、电流转移方法、设备和介质

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113625162B (zh) * 2021-08-20 2024-04-05 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 直流配网开关特性测试***及方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150078491A (ko) * 2013-12-30 2015-07-08 주식회사 효성 고전압 ｄｃ 차단기
CN105870877B (zh) * 2016-03-14 2019-12-13 全球能源互联网研究院 一种基于晶闸管的无源型混合直流断路器及其应用方法
CN106981858A (zh) * 2016-12-29 2017-07-25 全球能源互联网研究院 直流断路器及其控制方法
CN107069654B (zh) * 2017-05-24 2018-11-23 国家电网公司 一种用于中压配网的双向混合式直流断路器及开断方法
CN107863761B (zh) * 2017-11-29 2023-08-29 南方电网科学研究院有限责任公司 一种带饱和电抗器的高压直流断路器
CN110048382A (zh) * 2019-04-23 2019-07-23 西安交通大学 基于液体电弧电压转移的机械式直流断路器及其使用方法
CN111030042A (zh) * 2019-12-11 2020-04-17 全球能源互联网研究院有限公司 一种无源型半控混合式直流断路器及其控制方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021114599A1 (zh) * 2019-12-11 2021-06-17 全球能源互联网研究院有限公司 无源型半控混合式直流断路器及其控制方法
CN111585258A (zh) * 2020-07-06 2020-08-25 中天电气技术有限公司 一种混合式直流断路器以及一种直流电网
CN112886555A (zh) * 2021-03-03 2021-06-01 广东电网有限责任公司 一种集成型直流断路器、直流输电线路和故障切除方法
CN112886555B (zh) * 2021-03-03 2023-02-10 广东电网有限责任公司 一种集成型直流断路器、直流输电线路和故障切除方法
CN113725831A (zh) * 2021-08-18 2021-11-30 华中科技大学 一种经济型机械式高压直流断路器
CN114156846A (zh) * 2021-12-02 2022-03-08 中国科学院电工研究所 低损耗多端直流断路器及其控制方法
CN114156846B (zh) * 2021-12-02 2022-07-08 中国科学院电工研究所 低损耗多端直流断路器及其控制方法
CN115085166A (zh) * 2022-08-19 2022-09-20 中国电力科学研究院有限公司 一种快速柱上开关、电流转移方法、设备和介质

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021114599A1 (zh) 2021-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111030042A (zh) 一种无源型半控混合式直流断路器及其控制方法
CN105870877B (zh) 一种基于晶闸管的无源型混合直流断路器及其应用方法
WO2017080354A1 (zh) 一种带耦合电抗器的高压直流断路器
CN107863761B (zh) 一种带饱和电抗器的高压直流断路器
CN108448548B (zh) 一种基于预充电电容的组合式直流断路器及其控制方法
CN108766830B (zh) 一种耦合式高压直流断路器
WO2023001182A1 (zh) 一种直流断路器及其应用方法
CN103457257A (zh) 一种多端直流***用直流断路器及其控制方法
CN111224372A (zh) 具有快速重合闸功能的混合式直流断路器及其开断方法
CN106711930A (zh) 一种直流断路器及其控制方法
CN113422360A (zh) 一种直流断路器及控制方法
CN110048376A (zh) 一种适用于直流电网的故障自清除mmc拓扑
CN112952743B (zh) 基于强迫谐振换流原理的直流断路器
CN111640602A (zh) 转移支路振荡电流可控的多断口直流开关设备及控制方法
CN210430911U (zh) 一种直流断路器
CN112865042A (zh) 一种可控电压源振荡型直流断路器及其应用方法
CN116581721A (zh) 一种晶闸管型直流断路器及故障清除方法
CN114336550B (zh) 一种自取能多端口直流断路器及应用方法
CN109659911A (zh) 一种适用于多端直流和直流电网的故障自清除mmc拓扑
CN210517780U (zh) 一种中压直流开关
CN212137266U (zh) 一种基于电容换流的固态式直流断路器
CN114725900A (zh) 振荡电容电压自适应的机械式直流断路器及其控制方法
CN114512957A (zh) 一种基于晶闸管的直流断路器及其控制方法
CN113725831A (zh) 一种经济型机械式高压直流断路器
CN111900703A (zh) 一种混合式直流断路器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination