[发明专利]一种混合式全固态高压直流断路器拓扑结构

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种混合式全固态高压直流断路器拓扑结构。

背景技术

多端直流输电技术能够实现多电源供电、多落点受电，是一种灵活、快捷、经济的输电方式。特别是基于电压源型换流器的柔性直流输电技术的出现使得多端高压直流电网的筹建发展成为可能，具有快速开断直流故障电流和隔离故障功能的直流断路器是实现多端高压直流电网必不可少和至关重要的核心设备。

直流系统中短路故障发生后，短路电流上升非常快，要求高压直流断路器能快速开断，并将高压直流电网与故障线路隔离。目前成功应用于高压直流输电系统中性母线开关的是直流转换开关，详见专利“一种高压直流输电用转换开关电路结构”，专利号：ZL2008 20029503.1，它可将系统正常运行电流从一个电路转换到另一电路，并利用电容器放电以制造过零点，最终在断路器断口形成过零点完成电流转换，其转换时间较长，系统欠稳定，不具备直接开断短路故障电流的能力，并且对地绝缘水平不高，因此不适合安装于高压直流输电系统极性母线上。

高压直流断路器仍然是多端高压直流系统发展的一个瓶颈，限制着直流电网的发展。特别是受制于目前全控型功率器件的技术水平，其价格非常昂贵，很难应用于实际工程中。

发明内容

本发明目的在于提供一种混合式全固态高压直流断路器拓扑结构，解决直流电容和功率体则无法直接分离的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种混合式全固态高压直流断路器拓扑结构，包括依次串联连接的全控型器件阀、半控型器件阀和电抗器，全控型器件阀和电抗器连接分别通过隔离开关连接直流断路器的低压端和高压端，所述全控型器件阀和所述半控型器件阀并联连接有避雷器。

所述的全控型器件阀包括两组反向串联的全控型器件单元，每个全控型器件单元由至少2个全控型器件串联组成，所述的每个全控型器件并联有缓冲电路；所述的半控型器件阀包括至少2组串联的反并联半控型器件，所述的半控型器件并联有辅助电路。

所述的缓冲电路包括并联连接的静态均压电路、动态均压电路和非线性电阻；所述的静态均压电路为直流电阻，所述动态均压电路包括并联连接的第一缓冲电阻和缓冲二极管，缓冲电阻和缓冲二极管并联后与第一缓冲电容串联连接。

所述辅助电路包括并联连接的静态均压电路、动态均压电路和监控单元；所述的静态均压电路为直流分级电阻，所述的动态均压电路包括串联连接的第二缓冲电阻和第二缓冲电容。

所述全控型器件阀中，每组全控型器件单元的串联全控型器件发射极或集电极与另一组全控型器件单元的串联全控型器件发射极或集电极相连接；两组反向串联的全控型器件单元一端通过隔离开关连接于断路器的低压端，另一端与半控型器件阀相连接；所述半控型器件阀、电抗器相互串联后通过隔离开关接于断路器的高压端。

本发明利用了半控型器件容量大、耐压高、损耗小等特点；采用多个半控型器件串联，同时再串联少量全控型器件作为直流断路器，具有速度快、体积小及模块化设计易于成套等特点；充分利用全控型器件和半控型器件的串联特点，以及直流开断过程中的特性，通过适当的控制策略可实现高电压、大电流的开断，满足开通关断过程中的不同要求，其开断时间接近于纯全控型功率器件的直流断路器，适用于速动性要求高的场合。且该断路器具有开断时间短、造价低、损耗小、无弧、无光、无声响等优点。

本发明还有以下优点：

a.该直流断路器拓扑开断更为迅速，能够实现零电弧开断；

b.整个换流拓扑大量采用常规半控型器件器件，制造难度相对较小，可靠性高；

c.该直流断路器能够将短路电流控制在较低的水平，从而保护系统安全性；

d.更容易与高压直流输电系统结合，适宜于一体化设计；

e.直流断路器导通时采用半控型器件代替全控型器件，其系统正常运行损耗能够降至更低；

f.具有多自由度优化设计的可能，所述半控型器件阀与所述全控型器件阀有不同成本的配置方法，根据实际工况要求灵活配置。

附图说明

图1为本发明的电路原理图；

图2为本发明的接通开断过程波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细地描述。

本发明的混合式新型全固态高压直流断路器，用于关合在高压直流系统6中的额定电流和故障电流。