[发明专利]一种多端口组合型混合式直流断路器及控制方法

说明书

本发明提供了一种多端口组合型混合式直流断路器及控制方法，包括，主断流支路、n条正常通流支路和n条故障通流支路，n为不小于1的整数；每一条正常通流支路和每一条故障通流支路串联后作为一组串联支路，每组串联支路之间连接一个线路端口；主断流支路与每一组串联支路并联，并联电路的两端分别为第一直流母线A和第二直流母线B，当断路器安装在直流系统的正极时，故障通流支路的电力电子开关方向为从第一直流母线A指向第二直流母线B，当断路器安装在直流系统负极时，故障通流支路的电力电子开关方向从第二直流母线B指向第一直流母线A。本发明在实现多个断路器功能的同时，减少了全控性电力电子器件的数量和成本。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种多端口组合型混合式直流断路器及控制方法。

背景技术

直流断路器是建设柔性直流电网的关键设备之一，目前用于柔性直流电网的直流断路器主要分为基于常规开关的机械式直流断路器、基于纯固态电力电子器件的固态直流断路器和基于机械开关和电力电子开关相结合的混合直流断路器。其中，混合直流断路器因同时具备了机械开关的通流能力和固态开关的断流能力，因此，应用前景广阔。在针对混合直流断路器的研究中，2012年，ABB集团宣布其开发出世界首台混合式高压直流断路器。此后，基于该典型混合直流断路器拓扑，提出了基于晶闸管的混合直流断路器、模块级联型的混合式断路器等多种混合直流断路器方案。但在采用上述单个混合直流断路器隔离直流故障时，直流线路正负极和两端均需装设直流断路器，在柔性直流电网规模不断扩大的背景下，上述混合直流断路器方案存在使用个数多和投资成本过高的问题。

为此，进一步提出了将连接在同一直流母线上的多个直流断路器进行重新组合和统一控制，以实现在保证快速开断直流故障电流的同时减少电力电子器件使用个数的目的。现有技术中主要包括新型组合式混合直流断路器和多端混合直流断路器，图1为新型组合式混合直流断路器拓扑图，参照图1，该断路器采用将多条不同线路上的故障电流转移到同一电力电子断流支路上进行分断，从而大幅减少了绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor，IGBT)组件的使用个数；图2为多端混合直流断路器拓扑图，参照图2，该断路器可以将故障电流分散到不同断流单元中进行分断，减少了单个避雷器吸收能量，降低了断路器的投资成本。但上述现有技术中，图1所示的混合直流断路器为尽量减少使用的电力电子器件数目，导致了断流功能上的缺陷，存在无法开断母线故障、多条线路相继故障等问题；图2所示的混合直流断路器使用的主断流支路器件仍然较多，实施的成本较高。

发明内容

本发明的提供了一种多端口组合型混合式直流断路器及控制方法，以克服现有方案在成本和功能上的矛盾。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

本发明的一方面提供了一种多端口组合型混合式直流断路器，包括：主断流支路、n条正常通流支路和n条故障通流支路，n为不小于1的整数。

故障通流支路包含一个快速机械开关和和一组电力电子开关，用于直流故障时电流的导通。

n条正常通流支路和n条故障通流支路中的每一条正常通流支路和每一条故障通流支路串联后作为一组串联支路，所述的主断流支路与每一组串联支路并联，并联电路的两端分别为第一直流母线A和第二直流母线B；当所述断路器安装在直流系统的正极时，故障通流支路的电力电子开关方向为从第一直流母线A指向第二直流母线B，当所述断路器安装在直流系统负极时，故障通流支路的电力电子开关方向从第二直流母线B指向第一直流母线A。

进一步地，主断流支路包括由四个二极管组成的双向桥式结构和多个串联的断流单元，所述的多个串联的断流单元经过单方向串联后跨接在所述的双向桥式结构的上桥臂和下桥臂之间；

所述的主断流支路用于直流故障时的故障电流转移、开断和故障能量的吸收。

进一步地，正常通流支路包含一个快速机械开关和一个负载转移开关，用于导通系统正常运行时的电流。