[发明专利]一种具有自供能能力的组合式高压直流断路器及其自供能方法

摘要

本发明公开了一种具有自供能能力的组合式高压直流断路器及其自供能方法，其针对传统组合式高压直流断路器的日常通流支路进行了改进，将负载转移开关由原有的IGBT串联变为全桥子模块串联，同时设计了相应的自供能方法，使子模块中的电容在正常工况下带电运行。本发明断路器拓扑的负载转移开关直接通过其子模块电容取能，无需外部供电，避免了工程中难以克服的绝缘问题，可提升断路器在高压直流电网中的应用前景。

主权项

1.一种组合式高压直流断路器的自供能方法，所述组合式高压直流断路器包括一条故障断流支路和多条日常通流支路；所述故障断流支路包括主动短路式断流开关和隔离开关，隔离开关的一端接在换流站的直流母线上，另一端与主动短路式断流开关的高压端相连，主动短路式断流开关的低压端接地；所述日常通流支路包括超快速机械开关、负载转移开关以及辅助放电开关，超快速机械开关的一端接在所述直流母线上，另一端与负载转移开关的一端相连，负载转移开关的另一端与辅助放电开关的高压端以及对应直流输电线路相连，辅助放电开关的低压端接地；所述负载转移开关由至少一个全桥子模块串联而成，所述全桥子模块由四个带反并联二极管的IGBT管T1～T4和一个子模块电容构成；其中，IGBT管T1的发射极与IGBT管T2的集电极相连并作为子模块面向超快速机械开关一侧的连接端口A，IGBT管T1的集电极与IGBT管T3的集电极以及子模块电容的一端相连，IGBT管T2的发射极与IGBT管T4的发射极以及子模块电容的另一端相连，IGBT管T3的发射极与IGBT管T4的集电极相连并作为子模块面向辅助放电开关一侧的连接端口B，IGBT管T1～T4的基极接IGBT驱动电路所提供的开关控制信号；所述自供能方法包括如下过程：(1)换流站充电完毕并完成启动的准备工作，此时使故障断流支路中的隔离开关处于导通状态、主动短路式断流开关处于关断状态，使日常通流支路中的超快速机械开关处于导通状态、辅助放电开关处于关断状态，负载转移开关由于缺少电能为其IGBT驱动电路供电，因此处于关断状态；(2)换流站启动后，将其有功功率参考值设定在额定有功功率的1％～5％范围内，保证换流站的直流电流维持在较低水平；此时，由于负载转移开关处于关断状态，因此直流电流将为其子模块电容充电且电容电压的上升速度较为缓慢；(3)当负载转移开关中的子模块电容电压上升至设定的启动阈值后，使其IGBT驱动电路解锁，并利用子模块电容中的电能为IGBT驱动电路供电；(4)IGBT驱动电路解锁后，根据子模块电容电压大小对全桥子模块进行控制，具体分以下三种情况：①当子模块电容电压小于设定的稳态阈值下限，则使子模块电容继续充电，具体控制方式为：若电流流向为正即电流从端口A流入从端口B流出，则对IGBT管T1和T4施加导通信号，对IGBT管T2和T3施加关断信号；若电流流向为负即电流从端口B流入从端口A流出，则对IGBT管T1和T4施加关断信号，对IGBT管T2和T3施加导通信号；②当子模块电容电压大于设定的稳态阈值上限，则使子模块电容放电，具体控制方式为：若电流流向为正，则对IGBT管T1和T4施加关断信号，对IGBT管T2和T3施加导通信号；若电流流向为负，则对IGBT管T1和T4施加导通信号，对IGBT管T2和T3施加关断信号；③当子模块电容电压在稳态阈值上下限之间，则保持全桥子模块当前开关状态不变；(5)负载转移开关中的子模块电容完成初始充电过程后，将换流站的有功功率参考值提升至额定有功功率，使系统进入稳态运行状态。