[发明专利]具备自适应重合闸能力的混合式直流断路器及故障清除判别方法

说明书

本发明涉及一种具备自适应重合闸能力的混合式直流断路器及故障清除判别方法，该断路器由三条支路和三个器件组成，三条支路分别为通流支路、转移支路和充放电支路，三个器件分别为金属性氧化物避雷器、预充电电容C和限流电抗器L_dc。本发明在故障隔离期间投入预充电电容，降低了避雷器的动作电压，从而减少避雷器两端并联的IGBT数量。此外，通过合理确定各个支路的通断顺序，保留并控制预充电电容中的能量，在不重新连接换流站与故障点的情况下实现了自适应重合闸。

技术领域

本发明属于柔性直流电网保护与控制领域，具体涉及一种具备自适应重合闸能力的混合式直流断路器及故障清除判别方法及系统。

背景技术

近年来，在碳达峰、碳中和国家战略目标驱动下，大规模可再生能源并入电网。然而，传统交流电网消纳大规模可再生能源的能力有限，甚至会出现“弃风、弃光”现象。基于模块化多电平换流器(modular multilevel converters，MMC)的柔性直流输电技术能够最大限度地整合各种可再生能源和负荷，是大规模可再生能源消纳和并网的有效手段之一。

传输容量大、投资成本低的架空线路是构建柔性直流电网的主流形式，但是架设架空线路需要穿越复杂的地理环境，容易受到气象和环境的影响，发生故障的风险高。基于MMC的柔性直流电网是一个“低阻抗、低惯量”的系统，一旦发生直流故障，故障电流迅速上升至额定电流的数十倍而且缺乏自然过零点，造成了直流故障电流开断困难的问题。因此，研究可靠的故障清除技术，将故障电流及时切除是至关重要的。

直流断路器是故障清除技术的优选方案，能够在换流站不闭锁的情况下切除故障线路，保证故障穿越过程中非故障线路的功率传输。现有关于直流断路器的研究主要聚焦在三种类型上：机械式、全固态式以及混合式。其中，混合式直流断路器(hybrid DCcircuit breaker，HCB)兼顾了机械式直流断路器的通态损耗小和全固态式直流断路器的分断时间短的优点，成为具备较大发展潜力的故障清除方案。然而传统的混合式直流断路器的主断支路需要串联大量的绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolartransistor，IGBT)，造成较高的经济成本，并且现有的混合式直流断路器多不具备故障类型判别能力。

为了进一步降低HCB的制造成本，提高柔性直流系统运行可靠性，本发明提出了一种具备自适应重合闸能力的HCB，该HCB利用预充电电容与转移支路的相互配合，为超快速机械开关(ultra-fast disconnector，UFD)提供了一个零电流、近乎零电压的分断条件，本发明的HCB在故障隔离期间投入了预充电电容，降低了避雷器的动作电压，从而减少避雷器两端并联的IGBT数量。此外，该HCB仅利用已有器件即可实现对电容的预充电和对故障性质的判别，拓展了直流断路器功能的同时无需额外增加投资成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具备自适应重合闸能力的混合式直流断路器及故障清除判别方法，能够降低混合式直流断路器的制造成本以及避免故障隔离后混合式直流断路器盲目重合闸于永久性故障造成的二次过流和二次过压问题。本发明的混合式直流断路器在故障隔离期间投入了预充电电容，降低了避雷器的动作电压，从而减少避雷器两端并联的IGBT数量。此外，通过合理确定各个支路的通断顺序，保留并控制预充电电容中的能量，在不重新连接换流站与故障点的情况下实现了自适应重合闸。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种具备自适应重合闸能力的混合式直流断路器，其特征在于：所述混合式直流断路器的拓扑结构由三条支路和三个器件构成；

所述三条支路分别为：

通流支路，包括依次串联的超快速开关UFD和IGBT反串联组成的LCS；