[发明专利]一种分裂电抗型直流限流断路器

说明书

一种分裂电抗型直流限流断路器，包括限流单元和第一类开关、第二类开关和第三类开关。其中，限流单元或是非耦合电感、或是非耦合超导电感，或是同名端耦合电感，或是同名端耦合超导电感，或是异名端耦合超导电感。在故障限流过程中，通过第一类开关、第二类开关和第三类开关实现了电感由并联结构向串联结构的转变，从而产生了较大的限流电阻和电感，有效限制了故障电流，提升了限流器的限流能力。

技术领域

本发明涉及一种分裂电抗型直流限流断路器，特别涉及一种柔性直流电网的高压直流限流断路器。

背景技术

随着风电、太阳能等新能源的开发与应用，基于电压源型换流器的多端柔性直流输电技术在直流输电领域占据越来越重要的位置。风能、太阳能发电等新能源接入电网的最大障碍是其间歇性和不确定性，而柔性直流输电技术可以有效地控制电能，隔离电网故障的扩散，而且还能根据电网需求，快速、灵活、可调地发出或者吸收一部分能量，从而优化电网的潮流分布、增强电网稳定性、提升电网的智能化和可控性。

多端柔性直流电网的直流侧线路上一旦发生短路故障，相当于换流器直流侧的电容直接放电，其短路电流会在几个毫秒到达峰值，最大值一般有几千安到几十千安。较大的电流上升率将带来热量集中、电弧火花、电磁应力等问题，同时，因为换流器一般采用IGBT或IGCT器件，其反并联二极管会形成不控整流桥，所以单纯控制换流器无法切断故障电流，短路电流甚至会损坏换流站。直流短路电流没有过零点，且其峰值和上升速率都要远远高于交流电网，因此，给直流短路故障断开提出了更高的要求。

故障电流的开断还受到直流断路器等技术发展的制约。文献“直流断路器技术发展综述”(南方电网技术，2015年02期)给机械断路器增加并联谐振电路实现和吸能支路，实现直流开断。但是，存在开断和灭弧时间较长的问题。如果采用给并联谐振电路预充电的方式来提高断路器的灭弧速度，不但实现难度大，而且开断速度也难以满足直流电网的需求。国网智能电网研究院以舟山五端直流网络的仿真结果为例，得出高压直流断路器需分断15KA的电流(柔性直流输电网用新型高压直流断路器设计方案，电力系统自动化,2013,37(15):95-102.)，ABB于2012年完成的320KV/2KA的混合型高压直流断路器(The HybridHVDC Breaker An innovation breakthrough enabling reliable HVDC grids.ABB GridSystems,Technical PaperNov’2012)，可分断9KA的故障电流，但因造价太高而未投入商用，并且增加开断容量只能依赖更多IGBT单元的串并联，这会大幅度增加断路器成本，降低可靠性。总之，短路故障电流开断问题成为柔性直流输电网发展的一个瓶颈。

发明内容

为了克服已有技术的不足，本发明提出一种用于柔性直流电网的直流限流断路器，本发明结构简单、成本低，能够有效限制直流电网故障电流。

本发明采用的技术方案为：

本发明分裂电抗型直流限流断路器包括n个限流单元U1、U2、……、Un和n个第三类开关W1、W2、……、Wn-1，两个限流单元之间串联一个第三类开关，n为正整数。

其中，限流单元U1由第一类开关S11、S12、S13和S14、第二类开关K1和限流器件M1组成，限流器件M1由电感L11和电感L12组成；限流单元U2由第一类开关S21、S22、S23和S24、第二类开关K2和限流器件M2组成，限流器件M2由电感L21和电感L22组成；依次类推，限流单元Un由第一类开关Sn1、Sn2、Sn3和Sn4、第二类开关Kn和限流器件Mn组成，限流器件Mn由电感Ln1和电感Ln2组成。