[发明专利]适用于直流配电网的多端口混合式直流断路器及控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于直流配电网的多端口混合式直流断路器及控制方法，包括：并联连接的主支路、转移支路和耗能支路；所述主支路包括：若干并联连接的主支路单元，每一条主支路单元连接在直流母线与其出线之间；每一条主支路单元包括：依次串联连接的隔离开关、快速机械开关和负荷转移开关；所述隔离开关与直流母线的出线连接，所述负荷转移开关与直流母线连接；每一条主支路单元均通过二极管与转移支路连接，直流母线通过二极管与转移支路连接。本发明有益效果：多端口混合式直流断路器能够实现正常线路分合闸、隔离故障线路或母线，并且具有快速机械开关失灵保护能力。

技术领域

本发明涉及柔性直流配电网直流侧故障清除与隔离技术领域，尤其涉及一种适用于直流配电网的多端口混合式直流断路器及控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着分布式电源的大规模接入、直流负荷的增多以及高可靠性供电的需求，基于模块化多电平换流器的柔性直流配电网成为国内外研究的热点。

柔性直流配电网为了提高供电可靠性，换流站多为对称单极结构，并且采用不接地运行方式。当直流配电网直流侧发生单极接地故障时，由于故障通路中存在大电阻，因此故障电流主要为直流线路的分布电容充放电电流，幅值较小并且很快衰减为零，因此直流配电网可以短时带故障运行。但是，一旦直流侧发生极间短路故障，直流配电网中各DC/AC变换器、DC/DC变换器以及换流站的并联电容会同时向故障点放电，故障电流在极短的时间内(毫秒级)就会上升到很大的值。因此，为了保证直流配电网中健全线路的继续运行以及避免换流站中脆弱的电力电子器件遭到破坏，必须在几毫秒内将故障清除并隔离。柔性直流配电网的这一特性决定了其所需的直流断路器相比于交流断路器具有极大的不同。

目前直流断路器主要有机械式直流断路器、全固态直流断路器以及混合式直流断路器。机械式直流断路器投资较小，并且具有运行损耗低的特点，但是由于其采用机械装置并且需要灭弧，因此动作速度较慢，可靠性较低。全固态直流断路器采用电力电子器件分断故障电流，不产生分断电弧，因此动作速度极快，但是由于正常运行时负荷电流需要流经大量的电力电子器件，因此运行损耗较大。混合式直流断路器的概念最初由ABB公司提出，其综合了机械式直流断路器以及全固态直流断路器的优点，具有运行损耗小，动作速度快的特点。在高压柔性直流输电领域中，南瑞继保公司研制的500kV混合式直流断路器已经能够做到在3ms之内开断25kA的故障电流。

发明人发现，虽然混合式直流断路器具有众多优良特性，但是由于其需要大量的电力电子器件承担暂态分断电压，因此造价较高，很难大规模应用到直流配电网中。

发明内容

为了解决上述问题，本发明充分利用混合式直流断路器支路强迫换流特性，提出了一种新的多端口混合式直流断路器及控制方法，并且分析了其在各种工况下的动作过程；通过各线路共用转移支路与耗能支路极大地减少了直流断路器的一次设备投资。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

适用于直流配电网的多端口混合式直流断路器，包括：并联连接的主支路、转移支路和耗能支路；所述主支路包括：若干并联连接的主支路单元，每一条主支路单元连接在直流母线与其出线之间；每一条主支路单元包括：依次串联连接的隔离开关、快速机械开关和负荷转移开关；所述隔离开关与直流母线的出线连接，所述负荷转移开关与直流母线连接；每一条主支路单元均通过二极管与转移支路连接，直流母线通过二极管与转移支路连接。

系统正常运行时，负荷电流通过各主支路流通，各二极管无电流通过。当线路或母线发生故障时，在主支路的负荷转移开关闭锁后，故障电流将通过与每一条主支路单元连接的二极管D1-D6以及与直流母线连接的二极管D7，换流至转移支路。

在另外一些实施方式中，采用如下技术方案：