[实用新型]一种兼具多电平换流功能的直流断路器

说明书

技术领域

本实用新型公开了一种兼具多电平换流功能的直流断路器，涉及电力电子设备技术领域。

背景技术

多端直流输电是全球电力输配发展的新方向，在多端直流输电中，高压直流断路器是至关重要的设备之一。多端高压直流输电系统由于电压等级高、线路阻抗小，一旦发生线路短路故障，将很快影响到直流输电网络和交流网络，必须迅速切除故障。因此，高压直流断路器需要动作速度快，能够最大限度地减小故障持续时间或抑制故障电流，减小故障对交/直流输电网络的冲击。由于高压直流断路器串联于输电线路，输电线路中潮流方向不确定，电流可能存在两个方向，因此要求断路器能够分断两个方向的直流电流。现有技术中，传统高压直流断路器灭弧时间较长，约几十毫秒，无法满足快速隔离多端直流输电系统故障的需求。

模块化多电平换流器是近几年备受关注的一种新型适用于高压应用场合的换流器，它采用子模块级联的方式，通过分别控制每个子模块的状态，可以使换流器输出的交流电压逼近正弦波，从而降低输出电压中的谐波含量，它的出现解决了两电平电压源换流器存在的串联均压问题，具有广阔的应用前景。现有技术中，直流网络发生故障时交流网络可以通过子模块的二极管向故障点提供故障电流，从而造成交、直流侧及换流阀的过流，因此必须通过跳进线开关的方式清除直流故障。在直流网络发生瞬时故障时，所有与其连接的上述两种模块化多电平换流器也需要跳交流进线开关，重新恢复输电的时间将较长。

现有技术中也缺少将模块化多电平换流器合理与直流断路器相整合运用的设计。

实用新型内容

本实用新型的目的是：针对上述现有技术的缺陷，在保证足够快的分断速度和低损耗的前提下，大大降低装置的成本，减小装置器件布局、安装及布线的难度。并且，在直流故障闭锁换流器时可以防止交流系统向直流网络注入故障电流，不需要跳交流进线开关即可清除直流网络的瞬时性故障，从而快速重启系统。

本实用新型的技术方案是：

一种兼具多电平换流功能的直流断路器，包括电感、非线性电阻、四个电流换向支路模块以及两个功率半导体器件模块；所述两个功率半导体模块的具体电路组成相同，两个模块串联连接，组成单向直流断路器结构，所述非线性电阻并联连接于所述单向直流断路器结构的两端；所述四个电流换向支路模块的具体电路组成相同，分别形成第一至第四电流换向支路；第一、第二电流换向支路串联连接形成第一桥臂，第三、第四电流换向支路串联连接形成第二桥臂，上述两个桥臂再与所述单向直流断路器结构并联连接；所述第一、第二电流换向支路的连接处还与所述电感的一端相连接，电感的另一端作为第一电流流入点，所述第三、第四电流换向支路的连接处作为第二电流流入点。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述功率半导体模块的具体电路组成包括：储能模块、二极管以及第一至第三子模块；所述第一子模块的一端与第二子模块的一端相连接，第一子模块的另一端分别与第三子模块的一端、储能模块的一端相连接，第二子模块的另一端分别与储能模块的另一端、二极管的负极相连接，第三子模块的另一端与二极管的正极相连接。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述电流换向支路模块的具体电路组成包括串联连接的高速隔离开关及功率半导体器件。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述第一至第三子模块的结构相同，为设置有反并联二极管的可关断器件。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述子模块中的可关断器件为单个可控开关器件，包括IGBT、IGCT、MOSFET或GTO。

本实用新型采用上述技术方案，所带来的技术效果是：

与传统高压直流断路器相比，本实用新型分断速度较快，采用功率半导体器件作为分断电流执行单元，速度很快，通常功率半导体器件的分断速度仅需几十微秒，可以忽略不计。目前，高速隔离开关的分断速度可达1－3ms，可以预测，本发明的总分断时间在3－5ms左右。

直流网络故障时，可以通过闭锁换流器阻止交流网络向故障点提供故障电流；直流侧瞬时故障时，清除故障不需要跳交流进线开关；采用本实用新型提供的换流器组成的两端或多端直流系统不需要在额外专门装设直流断路器。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

其中：1、电流换向支路模块，2、功率半导体器件模块，3、非线性电阻，4、电感；

201、储能模块，202、二极管，203、第一子模块，204、第二子模块，205、第三子模块。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明：