[发明专利]适用于直流电网且具备潮流控制功能的组合式高压直流断路器及其控制方法

权利要求书

1.一种适用于直流电网且具备潮流控制功能的组合式高压直流断路器，其特征在于：包括电抗器、隔离开关、正常通流支路以及故障断流支路，电抗器的一端与直流输电线路相连，电抗器的另一端与隔离开关的一端相连；正常通流支路与故障断流支路并联后一端与隔离开关的另一端相连，另一端与换流站的直流母线相连；所述正常通流支路由超快速机械开关和模块化多电平潮流控制器串联组成。

2.根据权利要求1所述的组合式高压直流断路器，其特征在于：所述超快速机械开关的一端与隔离开关的另一端相连，超快速机械开关的另一端与模块化多电平潮流控制器直流侧正极相连，模块化多电平潮流控制器直流侧负极与换流站的直流母线相连。

3.根据权利要求1所述的组合式高压直流断路器，其特征在于：所述模块化多电平潮流控制器采用三相六桥臂结构，其交流侧与换流站的交流母线相连或接其他独立的交流源，每个桥臂由多个全桥子模块级联后与一个桥臂电抗串联。

4.根据权利要求3所述的组合式高压直流断路器，其特征在于：所述全桥子模块包括四个带反并联二极管的IGBT管GT₁～GT₄一个电容C；其中，IGBT管GT₁的发射极与IGBT管GT₂的集电极相连并作为子模块的一端，IGBT管GT₁的集电极与IGBT管GT₃的集电极以及电容C的正极相连，IGBT管GT₃的发射极与IGBT管GT₄的集电极相连并作为子模块的另一端，IGBT管GT₄的发射极与IGBT管GT₂的发射极以及电容C的负极相连，四个IGBT管GT₁～GT₄的基极均接外部设备提供的开关信号。

5.根据权利要求1所述的组合式高压直流断路器，其特征在于：所述故障断流支路由多个具有双向通流能力的主断路器分段串并联组成。

6.根据权利要求5所述的组合式高压直流断路器，其特征在于：所述主断路器分段由多个带反并联二极管的IGBT管串联后与一个避雷器并联构成，其中一半的IGBT管采用正向连接，另一半的IGBT管采用反向连接，所有IGBT管的基极均接外部设备提供的开关信号。

7.如权利要求1～6任一权利要求所述组合式高压直流断路器的控制方法，其特征在于：

当所处直流电网系统正常运行时，使隔离开关和超快速机械开关处于闭合状态，使所有主断路器分段处于关断状态，使模块化多电平潮流控制器处于工作状态，直流电流从正常通流支路流过；同时根据系统中某条需要被调节的输电线路的电流指令值，调节模块化多电平潮流控制器的直流输出电压，从而调节直流电网的潮流分布；

当组合式高压直流断路器所连直流输电线路发生接地短路故障时，先对模块化多电平潮流控制器施加闭锁信号，同时对所有主断路器分段施加导通信号，此时部分故障电流转移至故障断流支路；待流经正常通流支路的电流下降至0后，断开超快速机械开关，经一小段时间延时后超快速机械开关完全关断；

待超快速机械开关完全关断后，对所有主断路器分段施加关断信号，由避雷器将故障电流振荡衰减至0；待故障电流衰减至0后，断开隔离开关，故障输电线路被隔离。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述模块化多电平潮流控制器的控制系统包括内环控制环节、外环d轴控制环节、外环q轴控制环节以及直流线路电流控制环节；其中，内环控制环节和外环q轴控制环节与MMC换流器对应的控制相同，外环d轴控制环节则用于控制子模块平均电容电压，直流线路电流控制环节则使系统中某条需要被调节的输电线路的电流指令值经过PI控制器之后输出模块化多电平潮流控制器的直流电压指令值，从而实现控制线路潮流的功能，且调制方式采用载波移相脉冲宽度调制。