[发明专利]一种适用于直流电网的具备重合闸判断能力的电容换流型直流断路器拓扑

说明书

本发明涉及一种适用于直流电网的具备重合闸判断能力的电容换流型直流断路器拓扑，属于直流电网故障清除技术领域；该直流断路器拓扑包含主支路、换流支路、引流支路、故障类型判别支路。其中主支路由快速机械开关、二极管、晶闸管、IGBT组成；换流支路由电阻、电容、快速机械开关、二极管、金属氧化物避雷器组成；引流支路由晶闸管、电阻组成；故障类型判别支路由电阻、快速机械开关组成。该直流断路器拓扑中的主支路具备双向开断电流能力；换流支路可分断直流故障线路，换流支路中不含有IGBT，可以大大降低直流断路器成本；故障类型判别支路可以区分瞬时性故障与永久性故障，避免盲目重合闸于永久性故障对系统造成严重危害。

技术领域

本发明涉及一种适用于直流电网的具备重合闸判断能力的电容换流型直流断路器拓扑，属于多端直流、直流电网领域。

背景技术

柔性直流输电在可再生能源并网、孤岛供电、交流系统互联等方面具备显著优势，现已成为未来智能电网的发展趋势。由于直流电网具有低惯量、弱阻尼特性，在直流线路发生短路故障后，故障电流发展迅速，因此在故障发生后，快速精准切除故障线路是保障直流电网可靠运行的关键。直流断路器在直流线路故障期间可以选择性的切除特定线路，从而无需闭锁全部换流站，因此被广泛应用。目前直流断路器主要分为三类：机械式、全固态式和混合式，其中混合式直流断路器兼具机械开关低通态损耗特性与电力电子器件的快速分断特性，是目前的优选直流断路器类型。但是混合式直流断路器的电力电子转移支路承压需要按照额定直流电压进行设计，同时应考虑一定的工程设计裕度，因此导致需要大量IGBT器件串并联，这使得混合式DCCB建设成本高昂。并且直流断路器无法判定故障类型是瞬时性故障还是永久性故障，若盲目重合闸于永久性故障，不仅不能使系统恢复正常供电，而且对系统将会造成二次冲击，严重危害系统中设备安全性。因此研制出低成本的并且具备重合闸判断能力的直流断路器已经成为迫切需要。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种适用于直流电网的具备重合闸判断能力的电容换流型直流断路器拓扑。

本发明的目的在于克服当前高压直流断路器建设成本高昂和无法判定故障类型的缺点。

本发明所采用的技术方案是：在系统正常运行时，主支路中IGBT处于导通状态，电流流经阻抗较低的主支路；当直流线路发生短路故障时，随着故障被检测并定位，闭锁主支路中的IGBT，此时故障电流将转入换流支路，换流电容C_m开始充电。由于V₁和UFD₁均不具备自关断能力，闭锁T₁为V₁和UFD₁的分断提供零电流条件。考虑到晶闸管的耐流、耐压、经济性能远优于IGBT，从而降低了在相同电流和电压等级下主支路中需要串并联的IGBT数量，大大提高电容换流型直流断路器的经济性。换流电容C_m两端电压达到避雷器的启动电压时，耗能支路导通。同时导通接地引流晶闸管V₂，从而减少避雷器的耗能需求，泄放电阻R₂的投入可以缩短能量耗散时间。当故障完全隔离后，再闭合引流开关V₂和判别开关UFD₄。考虑到在大型直流电网中，较大的故障电流会产生无法忽略的电磁感应现象，使得瞬时性故障时故障判别支路电流很难近似为零，因此应设定电流判别阈值以降低误判风险。当故障类型为瞬时性故障时，由于故障点已经消除，此时仅有卸能电阻支路为换流电容C_m提供放电通路。此时故障类型判别支路电流小于判别阈值。当故障类型为永久性故障时，由于故障点仍然存在，卸能电阻支路和故障类型判别支路均可以为换流电容C_m提供放电通路，此时故障类型判别支路电流大于判别阈值。因此可以根据故障类型判别支路电流是否大于判别阈值，从而判断出故障类型，避免重合闸于永久性故障对系统造成严重危害。与现有技术相比，本发明具有的优势为：