[发明专利]一种适用于多端直流电网的双主断型多端口混合直流断路器

权利要求书

1.一种适用于多端直流系统的双主断型多端口混合直流断路器，其特征在于：所述多端口混合直流断路器为n端口多端口混合直流断路器，所述n端口多端口混合直流断路器的拓扑结构包括：

n条通流支路，包括n个依次串联的快速隔离开关UFD及负荷电流开关LCS；

2个主断开关，包括上主断开关MB_u、下主断开关MB_d及与之并联的避雷器MOV，主断开关由大量单相IGBT子模块串联构成；

2n个二极管支路，每个端口对应2个二极管支路，分别为上二极管支路和下二极管支路；

n个剩余电流开关，包括n个RCB。

2.根据权利要求1所述的适用于多端直流系统的双主断型多端口混合直流断路器，其特征在于：所述双主断型多端口混合直流断路器与典型两端口HCB性能相当，能够中断线路故障限流、母线故障电流和双向负荷电流，具有UFD失灵保护功能，具有在正负极系统中的通用性。

3.根据权利要求1所述的适用于多端直流系统的双主断型多端口混合直流断路器，其特征在于：所述双主断型多端口混合直流断路器具有以下4种工作模式：线路故障隔离、直流母线故障隔离、UFD失灵保护和重合闸：

1)线路故障隔离：当直流线路发生故障后，多端口混合直流断路器只需断开对应的端口即可隔离故障，其余线路可以继续保持运行，t₀时刻，多端口混合直流断路器的P₁端口处发生接地故障：

阶段1：t₁时刻检测到故障，多端口混合直流断路器接收到跳闸命令，立即导通MB，关断LCS₁，t₂时刻，故障电流被换流至MB；

阶段2：完成流换流后，在t₂时刻，UFD₁将在零电流状态下开始分闸，这一阶段将持续2-3毫秒，因为UFD需要这一时间来达到其额定开距；

阶段3：t₃时刻，UFD₁完成分闸动作，立即控制MB关断故障电流，t₄时刻MB被关断；

阶段4：t₅时刻，剩余电流降低至零，故障被多端口混合直流断路器隔离，此时打开故障线路的RCB₁实现故障线路的电气隔离，经过一定的时间，在t₆时刻RCB₁达到其额定开距，故障清除操作完成；

2)直流母线故障隔离：检测到直流母线故障后多端口混合直流断路器的所有端口都跳闸，在t₁时刻接收到母线故障跳闸信号后，首先导通MB，然后在t₂时刻依次打开所有端口的LCS和UFD，在t₃时刻UFD完成分闸操作，紧接着t₄时刻MB被关断；在t₅时刻，故障电流通过MOV耗散后下降到零，最后，通过打开所有的RCB，在t₆时刻实现直流母线的电气隔离；

3)UFD失灵保护：以UFD₁拒动为例，在t₂时刻完成的电流换流后，应打开UFD₁，然而UFD₁由于某种故障拒动，并且在t₃时刻UFD₁拒动信号被检测到；此时，UFD失灵保护启动，在t₄时刻将LCS₁重新导通，并且关断LCS₂-LCS_n，在此阶段，非故障端口之间的电力交换被暂时中断；之后端口P₂-P_n的UFD被打开，在t₅时刻UFD₂-UFD_n完成分闸，在t₆时刻，MB关断，MOV开始耗能，在t₇时刻完成能量耗散后，端口P₁通过打开RCB₁进行故障隔离，故障线路被隔离后，端口P₂-P_n的UFD在t₉时刻完成合闸动作；然后在t₁₀时刻闭合LCS₂-LCS_n，此时，非故障部分恢复正常运行；

4)重合闸：大多数架空线路故障都是瞬时故障，多端口混合直流断路器的重合闸会立即恢复供电，故障电流降至零后，可以通过导通MB来重新合闸多端口混合直流断路器；如果故障是永久性的，则大幅度的故障电流将流过MB，此时，应重新关断MB，并且MOV会消耗故障电流能量，一段时间后，可以进行下一次重合闸尝试；如果故障是瞬时性的，流过MB的电流大小相对较小，可以通过顺序关闭UFD和LCS来恢复供电。