[发明专利]一种直流限流断路器

摘要

一种直流限流断路器，包括限流器(23)、机械断路器(24)、换流器(21)、线路短路阻抗(22)、负载(28)和A相交流电源(25)、B相交流电源(26)和C相交流电源(27)。所述的线路短路阻抗(22)、限流器(23)、机械断路器(24)和负载(28)依次串联。通过限流器与电容器的配合放电，在无需外加振荡回路和吸能回路的情况下，实现机械断路器在直流工况下的快速直流故障电流断开。

主权项

一种直流限流断路器，其特征是：所述的直流限流断路器包括限流器(23)、机械断路器(24)、换流器(21)、线路短路阻抗(22)、负载(28)和A相交流电源(25)、B相交流电源(26)和C相交流电源(27)；线路短路阻抗(22)、限流器(23)、机械断路器(24)和负载(28)依次串联，连接在换流器(21)第一输出端(4)和第二输出端(8)之间；A相交流电源(25)、B相交流电源(26)和C相交流电源(27)的一端并联，A相交流电源(25)、B相交流电源(26)和C相交流电源(27)的另一端分别与换流器(21)的第一输入端(1)、第二输入端(2)和第三输入端(3)相连，组成直流限流断路器；所述的换流器(21)由第一IGBT开关管(31)、第二IGBT开关管(32)、第三IGBT开关管(33)、第四IGBT开关管(34)、第五IGBT开关管(35)、第六IGBT开关管(36)和电容器(37)组成；第一IGBT开关管(31)和第二IGBT开关管(32)串联、第三IGBT开关管(33)和第四IGBT开关管(34)串联、第五IGBT开关管(35)和第六IGBT开关管(36)串联、三个串联支路与电容器(37)并联组成换流器(21)；其中，第一IGBT开关管(31)的一端和第二IGBT开关管(32)一端与第三输入端(3)相连；第三IGBT开关管(33)的一端和第四IGBT开关管(34)的一端与第二输入端(2)相连；第五IGBT开关管(35)的一端和第六IGBT开关管(36)的一端与第一输入端(1)相连；第一IGBT开关管(31)的另一端、第三IGBT开关管(33)的另一端和第五IGBT开关管(35)的另一端与第一输出端(4)相连；第二IGBT开关管(32)的另一端、第四IGBT开关管(34)的另一端和第六IGBT开关管(36)的另一端与第二输出端(8)相连；电容器(37)连接在第一输出端(4)和第二输出端(8)之间；所述的线路短路阻抗(22)由短路电阻(41)和短路电感(42)组成，短路电阻(41)和短路电感(42)串联，连接在第一连接点(4)和第二连接点(5)之间；所述的直流限流断路器的参数设计方法如下；电容器(37)放电过程表示为：(L+Lf)Cd2udcdt2+(R+Rf)Cdudcdt+udc=0---(1)]]>对于欠阻尼振荡，满足的条件：Rf+R<2(L+Lf)/C---(2)]]>放电过程呈欠阻尼振荡过程，由式(1)可得：udc=U0ω0ω1e-δ1tsin(ω1t+β1)i=U0ω1(L+Lf)e-δtsin(ω1t)---(3)]]>式中，ω1=1(L+Lf)C-(R+Rf2(L+Lf))2δ1=R+Rf2(L+Lf)ω0=δ12+ω12β1=arctanω1/δ1---(4)]]>式中，ω0为第一谐振角频率、ω1为第二角频率,β1为初始相位角,δ1为固有时间常数；根据欠阻尼振荡特点，在tm1＝β1/ω1时，直流线路电流Ipm1达到最大值：Ipm1=U0ω1(L+Lf)e-δ1tm1sinβ1---(5)]]>式中，Ipm1为直流线路电流最大值；tm1为最大电流时刻；根据欠阻尼振荡特点，在tm2＝π/ω1时，直流线路电流为零，为经过机械断路器(24)的断开创造了条件；在无需外加振荡回路和吸能回路的情况下，实现了机械断路器在直流工况下的快速断开；即电流过零时刻tm2表示为：tm2=π/1(L+Lf)C-(R+Rf2(L+Lf))2---(6)]]>其中：tm2为电流过零时刻，C为电容器(37)的电容，L为短路电感(42)的电感，R为短路电阻(41)电阻，Lf为限流电感(52)电感，Rf为限流电阻(51)电阻，U0为电容器(37)的预充电电压，udc为电容器(37)的暂态电压，I0为短路电感(42)的稳态运行电流；i为短路电感(42)的暂态电压；通过限流器与电容器的配合放电，在无需外加振荡回路和吸能回路的情况下，实现机械断路器在直流工况下的快速直流故障电流断开。