[发明专利]一种使线路电流分断的装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使流经线路的电流分断的装置，以及一种控制该装置的方法。

背景技术

在多端直流输电系统中，高压直流断路器是至关重要的设备之一。多端高压直流输电系统由于电压等级高、线路阻抗小，一旦发生线路短路故障，将很快影响到直流输电网络和交流网络，必须迅速切除故障。因此，高压直流断路器需要动作速度快，能够最大限度地减小故障持续时间或抑制故障电流，减小故障对交/直流输电网络的冲击。由于高压直流断路器串联于输电线路，输电线路中潮流方向不确定，电流可能存在两个方向，因此要求断路器能够分断两个方向的直流电流。

中国专利申请CN 102780200A采用传统高压直流断路器分断直流电流，传统高压直流断路器的结构由3部分构成：交流断路器、LC振荡回路和耗能元件。交流断路器分开后产生电弧，电弧电压与LC振荡回路发生谐振，当振荡电流峰值达到直流电流幅值时可完全抵消直流电流，使断路器端口出现过零点，促使电弧熄灭，实现关断直流电流的目的。这种分断方式不包括功率半导体器件，没有方向性，因此，可以分断两个方向的电流，且正常工作时损耗很小。但是，传统高压直流断路器灭弧时间较长，约几十毫秒，无法满足快速隔离多端直流输电系统故障的需求。

为满足快速隔离直流故障电流并且保持较高的输电效率，中国专利申请CN 102687221A公开了一种使输电线路或配电线路的电流短路的装置和方法以及限流布置，包括主断路器、高速开关、辅助断路器和非线性电阻耗能元件。正常工作模式下，线路电流流过辅助回路，通态损耗小；故障模式下，电流换至主断路器，最终由耗能元件吸收分断能力。

该高压直流断路装置关断故障电流后主断路器承受数百kV电压，仅在一个电流方向上功率半导体器件串联数目就已达到数百只。由于功率半导体器件只能单方向导通，为了实现在两个电流方向上都能够关断故障电流，该高压直流断路装置中的主断路器基本串联单元采用了两个功率半导体器件反串联或反并联结构，主断路器的功率半导体器件数量增加了一倍，在第一电流方向分断时，第二电流方向的功率半导体器件对分断电流或承受电压没有有益作用，相当于主断路器功率半导体器件的利用率只有50％。由于功率半导体器件的成本在该装置总成本中占有很大的比例，因此为了实现双向电流的分断功能，大大增加了装置的成本。主断路器中第二电流方向的功率半导体器件的增加不但不会产生有益作用，第二电流方向的功率半导体器件反而会受到在第一电流方向关断时产生的过压和过流的不利影响。如果第二电流方向的功率半导体器件与第一电流方向的功率半导体器件采用反向并联的方式连接，在第一电流方向关断时的过电压将施加在第二电流方向的功率半导体器件上，该电压对于第二电流方向的功率半导体器件来说是反向电压，会对器件造成损伤；如果采用第二电流方向的带反并联二极管的功率半导体器件与第一电流方向的带反并联二极管的功率半导体器件采用反向串联的方式连接，在第一电流方向关断过程中产生的很高的突变电流将流过第二电流方向的功率半导体器件中的续流二极管，会对器件的寿命造成不利影响。

增加的第二电流方向的功率半导体器件也会对主断路器的结构设计及电气设计造成不利的影响，第一电流方向的功率半导体器件的布置方向是一致的，使得电气设计及结构设计具有一致性。第二电流方向的功率半导体器件的增加破坏了原有布置方向的一致性，导致对器件布局，安装，布线的难度增加。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种使线路电流分断的装置及其控制方法，在保证足够快的分断速度和低损耗的前提下，大大降低装置的成本，减小装置器件布局、安装及布线的难度。

为了达成上述目的，本发明采用的解决方案是：

一种使线路电流分断的装置，包括单向直流断路器；还包括桥式支路，所述桥式支路包括由4条完全相同的换向支路构成的两条桥臂，所述4条换向支路两两一组同向串联，所形成的两条桥臂再进行并联，所述各换向支路均包括至少一个第一功率半导体器件的同向串联连接；所述桥式支路的两条桥臂均与单向直流断路器并联，且线路的两端分别连接桥式支路两桥臂的桥臂中点。

上述各换向支路还包含至少一个高速隔离开关，所述高速隔离开关串联在换向支路的干路中。

上述各换向支路中的各第一功率半导体器件均并联有与其相同的第三功率半导体器件。

上述各换向支路中的各第一功率半导体器件均反向并联有一具有开通关断能力的第四功率半导体器件。

上述各换向支路均包括与前述第一功率半导体器件数量及型号相同的第五功率半导体器件，所述第五功率半导体器件同向串联后，与前述串联后的第一功率半导体器件进行同向并联。