[发明专利]一种用于柔性直流输电系统的直流断路器的设计方法

说明书

本发明涉及一种用于柔性直流输电系统的直流断路器的设计方法，包括以下步骤：S1：建立断路器总拓扑模型；S2：建立正反限流闸拓扑模型；S3：设置断路器不同运行模式的转变；S4：确定柔性直流输电线路发生极间故障时断路器的电流应力和电压应力，该断路器具有正常运行、限流运行和故障隔离三种工作状态。通过三种状态之间的相互转换可实现正常工作时以低电抗方式运行、故障时进入限流状态以高电抗方式运行限制故障电流，最终隔离故障，可起到保护系统设备的作用，还将电抗器限流功能与断路器通过拓扑结构变换结合在一起，使其具备限流模式。与现有技术相比，本发明具有优良的静态性能和超高的分断速度等优点。

技术领域

本发明涉及混合型直流断路器技术领域，尤其是涉及一种用于柔性直流输电系统的直流断路器的设计方法。

背景技术

直流电网具有“低惯量、低阻抗”的特性，使得短路故障后故障电流快速增大，对直流电网中的设备造成重大损失。这要求故障隔离设备在故障发生后，必须快速有效的切除故障线路，并隔离故障。因此直流断路器的研发一直是直流电网发展的重点、难点。其中混合式直流断路器具有优良的静态特性和超强的快速分断能力，使得其在未来电网中使用的可能性巨大。

为应对故障电流上升速率高，直流断路器承受开断应力大等诸多问题，目前投入使用直流系统多设有电抗器起到限流作用。但过大的限流电抗器数值，会对整个直流系统的动态特性产生不利影响。现有的直流断路器设计方案主要分为传统机械式直流断路器，全固态式直流断路器以及混合式直流断路器，其中混合式直流断路器发展前景广阔已有科研成果包括：一种利用机械开关、混合型固态开关混合构成的直流断路器；ABB公司提出的混合式直流断路器，但此种断路器不具备限流功能；以及相关文献提出的一种限流混合式直流断路器，具有一定指导意义，但其阀组数量过多导致多个阀组需要同时动作，这对阀组间的全控、半控器件动作时间的统一性产生了挑战。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于柔性直流输电系统的直流断路器的设计方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于柔性直流输电系统的直流断路器的设计方法，包括以下步骤：

S1：建立断路器总拓扑模型；

S2：建立正反限流闸拓扑模型；

S3：设置断路器不同运行模式的转变；

S4：确定柔性直流输电线路发生极间故障时断路器的电流应力和电压应力。

进一步地，所述步骤S1中的断路器总拓扑模型由多个电抗器、正反限流闸和正反断流闸组成，所述正反限流闸和所述正反断流闸均为模块化封装结构。

进一步地，所述步骤S2中的正反限流闸拓扑模型的正反限流闸均由四条支路并联组成。

进一步地，所述四条支路中的第一支路由机械开关和负荷转换开关串联组成，所述四条支路中的第二支路由电容器和一个晶闸管串联组成，所述四条支路中的第三支路由多个晶闸管同向串联组成，所述四条支路中的第四支路由金属氧化物避雷器组成。

进一步地，所述步骤S3包括以下分步骤：

S301：触发正向主断路支路所有晶闸管，导通正向主断路支路，同时关断负荷转换开关；

S302：断开机械开关；

S303：触发第二支路晶闸管，使得正向主断路支路承受反向电压。

进一步地，所述步骤S4中的电流应力，其描述公式为：

i_fault(t)＝λ′μ′·e^-φtsin(ζt+α′-β)