[发明专利]一种共享支路的紧凑型直流断路器及其控制方法

说明书

本发明提供一种共享支路的紧凑型直流断路器及其控制方法，断路器在正常通流时，电流经由通流回路的主机械开关导通，直流断路器的损耗极低；本发明的直流断路器采用快速操作机构驱动机械开关可在短时间内开断故障电流，并且实现重合闸功能，隔离故障，保护柔性直流系统。控制方法可通过共享换流支路和吸能支路，由换流支路产生幅值逐渐增大的振荡电流，叠加在主回路的电流上产生电流过零点，最后由机械开关开断电流。实现一台断路器开断和隔离一条母线上的所有外接线路的故障电流。保证每条直流母线只需配置一台直流断路器，大幅降低了直流电网中直流断路器的成本和体积，为直流电网的建设提供了技术保障。

技术领域

本发明属于电力设备技术领域，具体属于一种共享支路的紧凑型直流断路器及其控制方法。

背景技术

目前，直流断路器主要有机械式直流断路器和混合式直流断路器两种实现方式，其中机械式断路器以其通态损耗小的优势成为直流断路器的优选技术方案。随着新能源的分布式直流供电系统需求大幅增加，尤其是在海上风电柔性多端直流系统中，电网架设空间资源有限、海上平台承载能力有限、其故障电流大且上升率快，因此对高压直流断路器的体积空间、重量、开断能力、开断速度和成本造价要求极高。如图1所示，传统的直流断路器仅能开断一条进线和出线上的故障电流，若应用传统机械式直流断路器于直流电网，则每条直流母线上所安装的直流断路器台数与直流母线外接线路数相同。直流电网中需配置的直流断路器台数巨大，而直流断路器造价昂贵，体积空间大，进而造成直流电网建设成本的大幅增加，并不能应用于柔性多端直流系统中。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种共享支路的紧凑型直流断路器及其控制方法，保证每条直流母线只需配置一台直流断路器，大幅降低了直流电网中直流断路器的成本和体积，为直流电网的建设提供了技术保障。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种共享支路的紧凑型直流断路器，包括接线端、通流支路、隔离支路、开断单元、直流母线、在线监测系统和控制系统；

所述接线端、通流支路和隔离支路的数量均为多个，并一一对应进行连接；

所述通流支路的一端通过机械开关与所述接线端相连，所述通流支路的另一端连接直流母线；

所述通流支路的一端和所述隔离支路的一端进行连接，多个所述隔离支路的另一端均与开断单元的一端进行连接，开断单元的另一端与出线端母线相连接；

所述通流支路包括主机械开关；所述主机械开关包括一个或多个真空开关串联形成；所述隔离支路包括辅助隔离开关和晶闸管模块；辅助隔离开关和晶闸管模块相串联；

所述在线监测系统用于测量流经换流开关模块的电流大小以及电流方向、流经避雷器的电流及方向、避雷器两端电压和温度、流经通流支路主机械开关的电流大小以及电流方向，两端的电压及开关行程、储能电容两端电压；

所述控制系统连接在线监测系统，控制系统用于控制通流支路的主机械开关、隔离支路的晶闸管和辅助隔离开关、换流开关模块和快速机械开关。

优选的，所述的开断单元包括换流开关模块、振荡电容、振荡电感和避雷器；所述的换流开关模块与振荡电容、振荡电感串联形成换流支路，避雷器与换流支路并联。

优选的，所述的开断单元包括换流开关模块、振荡电容、振荡电感和避雷器；换流开关模块与振荡电容串联，避雷器与前述两者串联形成的支路并联，并联形成的支路连接振荡电感的一端，振荡电感的另一端连接出线端母线。

优选的，所述开断单元的换流开关模块包括储能电容、充电支路和电力电子功率器件；

所述电力电子功率器件包括全控型电力电子功率器件ES1、全控型电力电子功率器件ES2、全控型电力电子功率器件ES3和全控型电力电子功率器件ES4；