[发明专利]一种级联全桥直流断路器低压等效试验电路及其检测方法

说明书

本发明公开了一种级联全桥直流断路器低压等效试验电路及其检测方法，本发明提出的等效试验电路及其检测方法根据电流转移和关断过程时间等效原则，通过阻抗等效，使用低压器件和线路对级联全桥高压直流断路器的动作过程进行模拟，可以实现对级联全桥高压直流断路器两次换流时间的等效，从而准确地验证对控制保护设备时序的要求，通过简化等效条件，在电压比，电流比，阻抗比满足比例关系的条件下，转移子模块数可以不相同，也能实现两次换流时间的等效，本发明提出的等效实验电路利用较低成本，实现对级联全桥高压直流断路器工作原理和二次控制保护设备的验证，能够很好的表现高压直流断路器的工作过程。

技术领域

本发明涉及一种电力电子器件，具体涉及一种级联全桥直流断路器低压等效试验电路及其检测方法。

背景技术

随着高压大电流半导体器件和电力电子技术的发展，高压直流输电技术，柔性直流输电技术，直流电网技术等得到了越来越多的关注和应用。由于柔性直流输电线路在发生直流侧双极短路时，直流电流快速上升，电流上升率高达3kA/ms，并且不能通过柔性直流换流阀自身有效阻止短路电流的上升，如果不采取有效措施，会导致换流阀设备的损坏。针对柔性直流输电设备的高压直流断路器能够在短时间内切断故障电流，隔离故障，保护换流阀。

由于柔性直流输电线路发生双极短路时电流上升速度快，要求高压直流断路器能够快速动作。因此，故障电流的分断时间是直流断路器重要指标。

机械开关和电力电子器件混合方式的直流断路器，正常运行由机械开关通流，故障时将主支路的电流转移至并联连接的电力电子器件支路中，然后由电力电子器件分断电流。该类型的断路器正常运行时，通态损耗小，分断时间断。CN103280763A号专利披露的级联全桥直流断路器是该类型直流断路器的一个实例，其电路拓扑如图1，2所示。图1为现有技术中级联全桥直流断路器电路拓扑图；图2为图1中的子模块(SM)的内部电路图；级联全桥直流断路器采用串联的IGBT全桥子模块分断故障电流，避免了分断过程中器件电压不均的问题。IGBT在关断时端电压为零，减小了开关损耗。

级联全桥直流断路器分断过程中，需要按照控制流程和时序，协调控制主支路子模块，转移支路子模块，快速隔离开关，并针对不同阶段出现的故障，执行不同的故障处理程序。而所有的检测、处理、动作需要在2～3ms内完成，级联全桥直流断路器对控制系统的控制时序要求很严格。因此，在进行高压试验之前，很有必要在低电压小电流条件下，在时间上对高压直流断路器进行等效代替，对断路器工作原理和二次控制保护设备进行验证。

因此，需要提出一种级联全桥直流断路器低压等效方法来实现在对实际断路器进行高压大电流试验前在低电压、小电流下实现对级联全桥直流断路器原理时序、控制方法和故障处理措施进行检测。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种级联全桥直流断路器低压等效试验电路，所述等效试验电路由依次连接的直流电源V_dc、等效电抗器L_{lv_3}、固态继电器、电感L_{lv_1}、级联全桥直流断路器主支路低压等效子模块SM_lv、负载投切开关S1、负载电阻R_L和限流电阻R_X组成主回路，所述固态继电器、所述电感L_{lv_}和所述级联全桥直流断路器主支路低压等效子模块SM_lv构成主支路，并联在所述主支路两端的分别有转移支路和耗能支路，所述转移支路由串联连接的二极管D_lv、电感L_{lv_2}和转移支路低压等效子模块构成，所述耗能支路上连接有压敏电阻，所述负载电阻R_L的两端并联有故障模拟开关S2。

优选地，所述试验电路的电压等级为100～200V，电流等级为5～10A。

优选地，所述压敏电阻的动作电压高于所述直流电压源V_dc的电压，残压不能超过所述转移支路低压等效子模块额定电压之和。