[实用新型]一种基于软开关技术的无弧直流断路器拓扑

说明书

本实用新型专利公开了一种基于软开关技术的无弧直流断路器拓扑，它由普通断路器和辅助普通断路器完成无弧开断流操作的软开关电路、限压耗能组件构成，所述软开关电路由用无源电力元件和电力电子器件构成的通道隔离组件、换流启动组件、储能建压组件以一定的拓扑连接而成。本实用新型利用电力电子器件的可控性，加以适当的时序配合，并融入电力电子软开关技术原理实现了直流侧断路器的无弧零电流开断，有效降低了对直流断路器开断容量的要求，保证了设备的安全性，同时也保证了其开断故障线路的快速性和可靠性。

技术领域

本实用新型专利属于电气工程技术领域，涉及一种新型直流断路器的电路拓扑设计，具体地说，涉及一种基于软开关技术的零电流开断无弧直流断路器拓扑设计。

背景技术

随着直流输电技术的逐渐成熟，它具有诸如供电容量大、线路损耗小、电能质量好、适用于多种电源和负载接入等优势；在大容量远距离输电、电力系统互联、海底电缆送电和直流微电网等领域直流输配电技术正在发挥着它独有的优势；此外，风电、光伏、燃料电池等新能源发电技术使用的是直流电，采用直流电网可以节省大量的换流环节，保证经济性的同时还能有效提高清洁能源电力的消纳能力。总之，随着电力电子技术、信息技术、材料技术等的发展融合和电网的日趋复杂，传统的输配电网结构已经不能满足当今社会快速发展的需要，直流电网的应用场合将日益广泛，其接入比例将逐年提升。因此，如何改进直流断路器特性，切断直流大电流成为一个亟待解决的问题。

在交流系统中.电流波每个周期有两次自然的过零点，交流断路器可以充分利用这个时机来完成电弧的熄灭，实现介质绝缘性能的恢复。而在直流系统中不存在自然的电流过零点，因此在直流侧切除故障要困难许多，同时也带来了过电压和系统剩余感性能量吸收等诸多问题。此外，直流短路故障造成的后果也非常严重，相比于交流电网，直流电网中直流输配电系统的阻尼较低，一旦发生严重短路故障，故障渗透极快且程度极深，短短几毫秒内就可能造成换流站失控。

目前的实际工程应用中经常采用断开交流侧来达到清除直流侧故障的目的，这样做需要关闭整个直流系统，直流电压和功率的恢复时间较长，大大降低了直流电网的利用效率。

直流输配电系统中大电流的开断问题成为一个制约直流技术发展的瓶颈问题，这包含断路器拓扑的设计、人工过零点的形成、开关速度的提升、成本的降低和安全可靠性的提升等问题。

实用新型内容

本实用新型专利的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种直流断路器的新型拓扑结构，从根本上改变现有直流断路器的工作方式，解决断路器在开断较大电流时因承受剧烈电弧造成断路器烧毁和开断流时间长等问题。该方法引入电力电子软开关技术为通流主回路创造电流的人工过零点，以实现直流侧断路器的零电流无弧关断，有效降低对直流断路器在开断容量、通流能力和耐压水平等方面的要求。

具体说，本实用新型专利围绕以下四个目标开展工作：

1、减小开断时间。把电力电子软开关技术思想引入到直流断路器的拓扑设计，利用电路谐振使换流速度相比于其他形式显著加快，有效保证断路器动作的快速性，减少电网切除故障的时间，有利于电力系统的稳定性；

2、提高安全性。利用储能装置在正常工作的时候起到一定的滤波作用，当发生故障需要拉开断路器时迅速放电，迫使送电主回路电流迅速过零，让主回路断路器在零电流无弧状态下断开，使得对断路器开断容量及灭弧能力的要求大为降低，有效保证断路器在断开大电流时的安全性；

3、缩短耗能时间。利用线性与非线性电阻组合而成的限压耗能组件构建移能、耗能支路，有效防止因开断感性电流而产生的过电压，保证输电线路和设备的安全性，防止它们遭受绝缘损伤，同时吸收系统中感性电路中储存的能量，并尽量缩短耗能时间，进一步提升快速性；

4、优化可靠性。充分发挥电力电子器件的可控性，在直流断路器拓扑设计的基础上，优化控制流程，实现各个过程中时序的配合，提高直流断路器工作的可靠性。

具体技术方案