[发明专利]一种适用于混合式高压直流断路器双向并联负载换流开关的缓冲电路

说明书

本发明提出了一种适用于混合式高压直流断路器双向并联负载换流开关的缓冲电路结构及控制策略。所述电路结构包括电容C1p、C1n，绝缘栅双极型晶体管T1p、T1n，二极管D1p～D3n、电阻R1p～R2n。T1p的集电极、发射极分别与D1p的阴极、阳极相连；R1p的一端与T1p的发射极相连，另一端与节点S2相连；C1p的一端与T1p的集电极相连，另一端与节点S2相连；R2p与D2p并联；D2p的阳极、阴极分别与D3p的阴极、T1的集电极相连；D3p的阳极与节点S1相连；另一个完全相同的缓冲电路结构反向串联在节点S1、S2之间。所述电路控制策略包括在混合式高压直流断路器分、合闸时，对T1p、T1n的控制。本发明结构、控制简单，提高了混合式高压直流断路器的速动性和可靠性。

技术领域

本发明涉及一种适用于混合式高压直流断路器双向并联负载换流开关(loadcommutation switch，LCS)的缓冲电路，属于高压直流输电领域。

背景技术

基于电力电子技术的柔性直流输电(voltage source converter based highvoltage direct current，VSC-HVDC)以其功率控制灵活、无换相失败等优点在大电网互联、点对点功率传输方面已取得蓬勃发展，同时柔性直流输电也为随机性较强的太阳能、风能等发展迅猛的新能源并网和消纳提供了解决方案。高压直流断路器作为直流输电的关键技术之一，同时也是直流电网运行、控制、保护的基础。混合式高压直流断路器因其具有可靠性高、动作迅速、损耗低等特点，在高压直流系统中最具实用性。

混合式高压直流断路器的结构多种多样，但其载流支路通常由LCS和超快速机械开关(ultrafast disconnector，UFD)串联组成。LCS作为混合式高压直流断路器正常载流和故障换流的关键元件，其结构可分为双向串联和双向并联等两种类型。双向并联的LCS结构相比于双向串联的LCS结构，可以降低混合式高压直流断路器的通态损耗。故本发明基于混合式高压直流断路器双向并联的LCS结构展开进一步讨论。

在实际工程中，混合式高压直流断路器合闸，应先闭合UFD机械触头，使LCS导通前有一定的正向压降，以保证LCS能正常触发导通；混合式高压直流断路器分闸，应先触发LCS开断，以保证固态主开关(main breaker，MB)能正常触发导通。这都会导致LCS中的IGBT承受很大的电压变化率，因此LCS两端必须配置降低电压变化率的缓冲电路，以保证LCS正常工作。

目前LCS的缓冲电路主要有RCD(电阻、电容、二极管)缓冲电路和基于RCD的改进缓冲电路。RCD电路结构简单，但在混合式高压直流断路器分闸过程中，载流支路向固态主开关支路换流时，缓冲电容会经UFD放电，导致UFD分断电流增加，UFD触头分离时间变长，降低了混合式高压直流断路器的速动性；基于RCD的改进缓冲电路，去掉了缓冲电容经UFD的放电支路，但却导致混合式高压直流断路器分闸结束后，缓冲电容上剩余电压较高，降低了混合式高压直流断路器短时间内进行多次分合闸动作的可靠性。因此，针对双向并联LCS，需要研究性能更优的缓冲电路。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种适用于混合式高压直流断路器双向并联LCS的缓冲电路，其通过串联在缓冲电容与UFD之间的二极管D3p、D3n，阻断了缓冲电容C1p、C1n经UFD放电，提高了断路器的速动性；通过绝缘栅双极型晶体管T1p、T1n分别与小电阻R1p、R1n相连，为缓冲电容C1p、C1n形成了阻值可控变化的并联放电支路，降低了混合式高压直流断路器分闸动作结束后缓冲电容上剩余电压，提高了断路器短时间多次动作的可靠性。