[发明专利]一种限流式混合直流断路器

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流断路器，尤其是限流式混合式直流断路器。

技术背景

随着可再生能源发电的发展及用户对电能要求的不断提高，传统交流电网已难以满足可再生能源发电和负荷随机波动性对电网快速反应的要求。随着电压源型高压变流器和高压柔性直流输（配）电技术的迅速发展，国内外对直流输（配）电网的研究正日益深入。近十几年来，基于电压源换流器的轻型直流输电技术的提出和发展，令直流输电的使用延伸到了近距离、小容量的输电场合。另一方面，面对经济社会的快速发展，用户对电力系统提出了很多新的要求：环境友好性、安全可靠性的提升、更加优质经济且支持用户进行与电网的双向互动等等，研究兼具可靠性、安全性、稳定性、经济性的直流输（配）电网具有巨大的市场价值和经济价值。直流输（配）电网的工程化应用关键技术之一就是高压直流断路器的研发。作为规定时间内承载并开断直流电网正常电流以及各种故障电流的开关设备，高压直流断路器是直流输（配）电网络建设的运行、控制与保护基础。

目前，制约柔性直流输（配）电网络实际工程应用的主要原因之一就是缺乏实用的高压直流断路器。作为承载、开断直流运行回路正常电流以及各种故障电流的开关设备，高压直流断路器是提高直流输（配）电系统稳定性、可靠性与灵活性的重要手段，是直流输（配）电网运行、控制、保护的基础。由于直流电流不存在自然过零点，直流电弧的熄灭相比交流电弧困难得多。虽然近几年高压直流断路器技术已经有了长足的进步，但从目前的研究情况来看，国内大多数科研机构对于高压直流断路器的研究还基本处于样机试制和验证阶段，容量较小且集中在一些特殊的领域，无法投入工程应用。因此，高压直流断路器已成为直流输（配）电技术研究的关键技术难题之一，同时也成为了制约电力建设和进一步发展的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种限流式混合直流断路器，不仅可以在直流系统正常工作时控制直流线路的通断，还可以在直流电路发生短路故障时限制故障电流的上升率，断开线路上的故障电流、切除故障。

本发明包括直流电源、机械开关支路、固态开关支路、限流电路、过压保护电路、直流负载。

机械开关支路包括一个机械开关S、第一电感L₁（其内阻为R₁）及第一二极管D₁；第一电感L₁与第一二极管D₁并联，第一二极管D₁阴极端与机械开关的一端相连接，阳极端与固态开关支路的负端相连。机械开关的另一端与直流电源、固态开关支路的正端相连；

过压保护电路包括一个氧化锌避雷器和续流二极管D，氧化锌避雷器和续流二极管D并联，直流电源的正极分别与机械开关支路一端、固态开关支路的正端相连接，负极分别与续流二极管D阳极、氧化锌避雷器一端以及直流负载一端相连接，机械开关支路另一端分别与固态开关支路负端以及限流电路支路一端相连接，限流电路支路另一端分别与续流二极管D阴极、氧化锌避雷器另一端以及直流负载另一端相连接；

固态开关支路包括IGBT阀组T₁，IGBT阀组T₁的集电极为固态开关支路的正端，与机械开关S一端以及电源正端相连接，IGBT阀组T₁的发射极为固态开关支路的负端，与机械开关支路另一端相连接；

限流电路包括第二电感L₂（其内阻为R₂）及第二二极管D₂，第二电感L₂一端与直流负载侧相连接，第二二极管D₂阴极分别与第二电感L₂另一端以及固态开关支路的负端相连接，第二二极管D₂阳极分别与续流二极管D阴极以及氧化锌避雷器一端相连接。

本发明工作流程如下：