[发明专利]电感耦合型高压直流限流断路器拓扑结构

说明书

本发明涉及一种电感耦合型高压直流限流断路器拓扑结构，属于柔性直流输电领域。电感耦合型高压直流限流断路器由引流限流器和故障隔离限流器组成，引流限流器采用主动短路的方式进行引流，同时故障隔离限流器交替投入耦合电感，迫使故障电流流入引流支路，极大限度降低流入故障点的电流；故障隔离限流器负责抑制故障点注入电流并隔离故障点，引流限流器负责将故障点注入电流引入引流支路，并降低故障电流增长速率。电感耦合型限流断路器能够在3ms内完成故障引流，6ms内完成故障切除，具有良好的限流、断路能力，并且仅需要632个IGBT器件，经济性较高。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电领域，特别涉及一种具有故障电流抑制能力的电感耦合型高压直流限流断路器拓扑结构。

背景技术

高压大容量柔性直流输电网络，凭借其潮流可控、易于消纳新能源、能够提供无功支撑等优势成为未来能源互联网发展的重要支柱。模块化多电平换流器具有高度可扩展、谐波含量低的优点，是构建柔性直流网络的首要装置。目前我国的柔直输电系统大多临近水源，采用水下电缆进行输电，电缆的优势在于传输质量稳定、故障率低、寿命长，但是电缆成本较高，并且维修较为困难。随着内陆新能源消纳需求的不断提升，采用架空线模式的柔直输电是未来内陆直流网络发展的方向，但架空线受自然环境影响较大，故障率较高。为降低柔性直流系统建设成本，目前MMC换流器均采用半桥子模块，不具备故障阻断能力，需要配置直流断路器以切除故障线路。但高压大容量柔直系统发生接地短路后，故障电流上升速率极快，对DCCB电力电子器件的耐流极限产生极大考验。故障限流器可以降低短路电流的上升速率，具有故障限流能力的直流断路器成为目前设备研发的热点。

为保证直流电网发生单极接地故障后，健全线路仍能够正常传输功率，需要在各个直流线路上配置直流断路器，在换流器闭锁前切断故障线路，如何降低断路器的电力电子器件开断应力是目前研究的难点。相关专家相继提出了电容型及电容电感混合型故障电流限流装置，虽可抑制故障电流爬升速率，但仍需故障电流切除装置。有学者提出一种具有故障限流能力的直流断路器，通过改变故障电流在该设备中的流通路径进而达到限制电流的目标，但该方案配置了较多的断路阀段，各阀段包括大量电力电子器件，建设成本较高。也有人员提出了一种具有DCCB功能的直流限流器，该方案的优势在于有效地利用了双向限流器拓扑，在DCCB开断后，限流电感的能量可以通过与其并联的限流子模块进行泄放，DCCB承受冲击电压较小，但该方案需要在各个直流母线均配备双向限流器，若应用于大规模直流联网，成本较高。如何提升DCCB的经济性，降低电力电子开关器件的开断应力是目前急需解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电感耦合型高压直流限流断路器拓扑结构，解决了现有技术存在的上述问题。本发明断路器分为引流限流器和故障隔离限流器，引流限流器采用主动短路的方式进行引流，同时故障隔离限流器交替投入耦合电感，迫使故障电流流入引流支路，极大限度降低了流入故障点的电流。该限流器可以有效降低各个电力电子器件的开断应力，各部分的电力电子器件可以相互配合，互相借用，有效提升了该拓扑的经济性。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

电感耦合型高压直流限流断路器拓扑结构，由引流限流器和故障隔离限流器组成，引流限流器采用主动短路的方式进行引流，同时故障隔离限流器交替投入耦合电感，迫使故障电流流入引流支路，极大限度降低流入故障点的电流；故障隔离限流器负责抑制故障点注入电流并隔离故障点，引流限流器负责将故障点注入电流引入引流支路，并降低故障电流增长速率；

引流限流器结构由超快速机械开关、IGBT、反并联二极管、泄能避雷器及耦合电感组成引流限流器；

故障隔离限流器结构采用超快速机械开关、IGBT、反并联二极管、泄能避雷器及耦合电感和电力电子开关群组构成故障隔离限流器。