[发明专利]一种具有自供能能力的组合式高压直流断路器及其自供能方法

说明书

本发明公开了一种具有自供能能力的组合式高压直流断路器及其自供能方法，其针对传统组合式高压直流断路器的日常通流支路进行了改进，将负载转移开关由原有的IGBT串联变为全桥子模块串联，同时设计了相应的自供能方法，使子模块中的电容在正常工况下带电运行。本发明断路器拓扑的负载转移开关直接通过其子模块电容取能，无需外部供电，避免了工程中难以克服的绝缘问题，可提升断路器在高压直流电网中的应用前景。

技术领域

本发明属于电力电子系统技术领域，具体涉及一种具有自供能能力的组合式高压直流断路器及其自供能方法。

背景技术

直流电网的直流故障自清除能力是关乎直流电网发展前景的重要技术难题。与传统的交流输电相比，研制适用于直流电网的高压直流断路器主要存在两点技术难度：(1)直流电网阻尼较低，其故障发展速度更快，这对于断路器的动作速度提出了较高要求；(2)由于直流输电没有电流过零点，因此其故障电弧更难熄灭。目前高压直流断路器的研究方案主要集中于三种类型，分别是基于常规开关的传统机械式断路器、基于纯电力电子器件的固态断路器和基于二者结合的混合式断路器。其中，混合式高压直流断路器结合了前两种断路器的优点，既具备较低的通态损耗，又有很快的分断速度，具有良好的应用前景。

ABB公司于2012年宣布其开发出世界首台混合式高压直流断路器，该断路器由超快速机械开关、电流转移开关以及主断路器三部分组成，额定电压为320kV，开断时间为5ms，电流开断能力约为9kA。虽然该断路器具有较好的动作性能，然而对于直流线路数量较多、网架结构复杂的直流电网，该断路器将带来较大的工程投资，其原因在于：在直流系统中，为有效切除故障电流，每条直流线路两端都需要安装高压直流断路器。为保证输电的可靠性，在未来的直流系统中，网状结构的直流电网将成为主流。此时直流线路的条数将明显多于换流站个数，直流断路器的安装个数亦将大大增加。若采用混合式高压直流断路器，这将导致电网的造价成倍增加。

未来直流电网的可行度很大程度上依赖于系统对于直流故障的承受能力。针对现有技术所存在的问题，公开号为CN104767185A的中国专利提出一种适用于直流电网的组合式高压直流断路器，该断路器参考了混合式高压直流断路器的设计理念，并对其各主要部件进行了重新配置并加以改进，尤其适用于网架结构较为复杂的直流电网系统。

目前，无论混合式高压直流断路器还是组合式高压直流断路器，其在高压领域，如直流电压为500kV的直流电网中尚不能成功运行，其根本原因在于：目前工程中均采用外部供电的方式，为断路器中IGBT的驱动电路供能，但由于断路器需要串联在直流线路中，且直流电压等级较高，因此对外部供电电路的绝缘、耐压能力提出了较高要求，工程中尚不能满足；这一缺陷大大限制了直流断路器在高压技术领域的应用。

发明内容

鉴于上述情况，本发明提出了一种具有自供能能力的组合式高压直流断路器及其自供能方法，其针对传统组合式高压直流断路器的日常通流支路进行了改进，将负载转移开关由原有的IGBT串联变为全桥子模块串联，同时设计了相应的自供能方法，使子模块中的电容在正常工况下带电运行。

一种具有自供能能力的组合式高压直流断路器，包括一条故障断流支路和多条日常通流支路；所述故障断流支路包括主动短路式断流开关和隔离开关，隔离开关的一端接在换流站的直流母线上，另一端与主动短路式断流开关的高压端相连，主动短路式断流开关的低压端接地；

所述日常通流支路包括超快速机械开关、负载转移开关以及辅助放电开关，超快速机械开关的一端接在所述直流母线上，另一端与负载转移开关的一端相连，负载转移开关的另一端与辅助放电开关的高压端以及对应直流输电线路相连，辅助放电开关的低压端接地；