[发明专利]一种适用于架空线型直流电网的低成本直流断路器

权利要求书

1.一种适用于架空线型直流电网的低成本直流断路器，其特征在于：包括主动短路单元（1）、隔离单元（2）、能量吸收回路（3）；其中主动短路单元包括全控型器件（IGBT、IGCT等）、二极管、桥臂电感、导线等；断路单元包括快速机械开关、全控型器件、金属氧化物避雷器、二极管等；能量吸收回路包含晶体管器件（晶闸管/二极管）、金属氧化物避雷器等。

2.根据权利要求1所述的一种适用于架空线型直流电网的低成本直流断路器，其特征在于：其主动短路单元的组成结构为：在普通换流站的桥臂电感处附加一个由若干IGBT开关组和若干二极管串联组成的电路，换流站采用半桥MMC、全桥MMC、半全桥混合MMC等拓扑，正常运行时该电路截止，主动短路单元作为换流站运行，与换流站的功能一样，故障时作为主动短路单元使用。

3.根据权利要求1所述的一种适用于架空线型直流电网的低成本直流断路器，其特征在于：隔离单元由快速机械开关、全控型器件单元、金属氧化物避雷器组成，其中全控型器件单元包括至少两组反向串联的全控型器件及二极管；断路单元位于主动短路单元与能量吸收回路之间。

4.根据权利要求1所述的一种适用于架空线型直流电网的低成本直流断路器，其特征在于：能量吸收回路由半控型器件单元与金属氧化物避雷器单元串联组成，其中半控型器件单元包括至少两组串联的反并联器件，器件可选用晶闸管；也可采用若干二极管串联组成更简单更经济的能量吸收回路。

5.根据权利要求1所述的一种适用于架空线型直流电网的低成本直流断路器，其特征在于：应用在单端或双端直流输电系统中时，单极运行工况下每端包含一个主动短路单元、一个隔离单元、一条能量吸收回路；双极运行时每端包含一个主动短路单元、两个隔离单元（每极的线路各串联一个）、一条能量吸收回路（两端分别连接在正负极上，位于断路单元之后）。

6.根据权利要求1所述的一种适用于架空线型直流电网的低成本直流断路器，其特征在于：应用在多端或直流电网系统中时，每个换流站都作为主动短路单元运行，与直流侧母线相连的所有线路都共用这一个主动短路单元，单极运行工况下与直流侧母线相连的每条线路都配置有一个隔离单元、一条能量吸收回路，其中隔离单元直接串联在线路中，能量吸收回路一端接在隔离单元后侧（离直流母线较断路单元远），另一端接地；双极运行时与每一极直流侧母线相连的每条线路都配置有一个隔离单元，该单元直接串联在线路中，每一条回路的正负极线路共用一条能量吸收回路，该回路一端接在该极的隔离单元后侧（离直流母线较隔离单元远），另一端接在另一极的隔离单元后侧（离直流母线较隔离单元远）。

7.根据权利要求1所述的一种适用于架空线型直流电网的低成本直流断路器，其特征在于：在线路出现短路故障时，有两种主动短路方案，方案一：导通主动短路单元内三个相单元的相应全控型器件以及桥臂电感上附加的所有全控型器件，以半桥MMC子模块组成的主动短路单元为例，触发全部能使该子模块旁路的全控型器件，以实现直流侧短路；方案二：根据此刻交流侧瞬时电压，闭锁交流电压较高的相单元内所有全控型器件，主动短路其余一相或两相，相单元内部的短路策略与方案一相同。