[发明专利]一种模块型往复限流式高压直流断路器拓扑

说明书

本发明提供一种模块型往复限流式高压直流断路器(Clamped Single Module Type Reciprocating High Voltage DC Circuit Breaker With Current‑Limiting Capability)拓扑。该断路器由x(x≥3且为奇数)条支路组成。每条支路中包含一个限流电感L_p和一个断路阀段(Breaking Valve,BV)。每个BV中包含3条支路：其中通流支路由一个快速机械开关S和N₁个子模块(Submodule,SM)串联而成；转移支路由N₂个子模块串联而成；避雷器支路由若干避雷器串联而成。该断路器拓扑在特定位置配备有x‑1组转换IGBT组，转换IGBT组由若干IGBT串联而成，每个IGBT配有一个反并联二极管。该断路器可以工作在支路并联模式和支路串联模式。正常运行状态下，断路器x条支路并联，对直流电网的稳态性能影响较小；在故障状态下，断路器x条支路串联，具有较强的故障电流抑制效果和断路能力。

技术领域

本发明属于输配电技术领域，具体涉及一种模块型往复限流式高压直流断路器拓扑(Clamped Single Module Type Reciprocating High Voltage DC Circuit BreakerWith Current-Limiting Capability)。

背景技术

随着以绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)为代表的全控型电力电子器件的大规模应用，具有良好可控性和扩展性的柔性直流输电技术迅速发展。近年，相关研究不断深入，有关柔性直流输电技术的研究逐渐从以往的点对点输电发展为柔性直流电网。柔性直流电网能够最大限度地整合各种负荷，优势互补，结合先进的储能手段，将成为大规模新能源消纳的有效手段。然而直流电网具有“低惯量、低阻抗”的特性，发生直流侧短路故障后，故障电流将在极短时间内大幅度上升，严重影响直流电网系统的安全稳定。

直流电网中最可靠的故障隔离方式之一是使用直流断路器(Direct CurrentCircuit Breaker,DCCB)。基于直流断路器的保护方案能够实现快速的故障线路清除与系统重启。因此，直流断路器对直流电网的稳定运行具有重要意义。直流断路器拓扑众多，根据断路器中主要开关器件的类型，可以分为机械式直流断路器、纯固态直流断路器和混合式直流断路器。在三种类型的断路器中，混合式直流断路器兼具机械式直流断路器的经济性和纯固态直流断路器的反应速度，在直流电网中具有广阔的应用前景。

以ABB公司所提拓扑为代表的混合式高压直流断路器主要依靠全控型电力电子器件完成电流的切断。但目前IGBT等全控型器件的使用受限于单个器件额定电压、电流，在高压大容量直流电网的场合，需要大量器件串并联，开关动作的一致性难以得到保证，可靠性较差。而且IGBT的成本较高，大量使用IGBT将增加经济成本。

发明内容

针对上述问题，本发明设计一种模块型往复限流式高压直流断路器拓扑。正常运行时，该拓扑可以工作在对直流电网稳态性能影响较小的支路并联模式；发生故障后，该拓扑可以工作在阻抗较高的支路串联模式，从而抑制故障电流并完成分断。

本发明提出的一种模块型往复限流式高压直流断路器拓扑，为了实现故障电流限流和故障电流分断的功能，设计了相关的工作流程和控制逻辑。

附图说明

图1是所提断路器的3支路形式拓扑结构。其中L_p为支路限流电感，TH1、TH2为转换IGBT组。S为快速机械开关。SM为满足断路器要求的子模块原理示意图，若开关K打开，则电容投入电路，示意子模块的电容投入状态；若开关K闭合，则电容被旁路，示意子模块的旁路状态。N₁为通流支路子模块串联个数，N₂为转移支路子模块串联个数。