[发明专利]一种使线路双向电流分断的装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及使流经线路的双向电流分断的装置，以及该装置的控制方法。

背景技术

在多端直流输电系统中，高压直流断路器是至关重要的设备之一。多端高压直流输电系统由于电压等级高、线路阻抗小，一旦发生线路短路故障，将很快影响到直流输电网络和交流网络，必须迅速切除故障。因此，高压直流断路器需要动作速度快，能够最大限度的减小故障持续时间或抑制故障电流，减小故障对交/直流输电网络的冲击。由于高压直流断路器串联于输电线路，除要求断路器有较高的开断电路的速度，还要求断路器有尽量小的损耗。高压直流输电线路中潮流方向不确定，电流可能存在两个方向，因此一般要求断路器能够分断两个方向的直流电流。

中国专利申请CN102780200A采用传统高压直流断路器分断直流电流，传统高压直流断路器结构由三部分构成：交流断路器、LC振荡回路和耗能元件。交流断路器分开后产生电弧，电弧电压与LC振荡回路发生谐振，当振荡电流峰值达到直流电流幅值时可完全抵消直流电流，使断路器端口出现过零点，促使电弧熄灭，实现关断直流电流的目的。这种分断方式可以分断两个方向的电流，且正常工作时损耗很小。但是，传统高压直流断路器灭弧时间较长，约几十毫秒，无法满足快速隔离多端直流输电系统故障的需求。

在欧洲专利EP0867998B1中提出了基于半导体器件的固态断路器结构，由可关断半导体器件组和耗能元件构成。可关断半导体器件组由很多个低压可关断半导体元件串联组成，由于可关断半导体器件的分断速度很快，为微秒级，该方式可以快速的关断直流故障电流。但是，由于半导体器件组的通态压降大，增加了输电损耗、降低了输电效率。

为满足快速隔离直流故障电流并且保持较高的输电效率，中国专利申请CN102687221A公开了一种使输电线路或配电线路的电流断路的装置和方法以及限流布置。包括主断路器、高速开关、辅助断路器和非线性电阻耗能元件。正常工作模式下，线路电流流过辅助回路，通态损耗小；故障模式下，电流换至主断路器，最终由耗能元件吸收分断能力。

该高压直流断路装置关断故障电流后主断路器承受数百kV电压，仅在一个电流方向上功率半导体器件串联数目就已达到数百只。由于功率半导体器件只能单方向导通，为了实现在两个电流方向上都能够关断故障电流，该高压直流断路装置中的主断路器基本串联单元采用了两个功率半导体器件反串联或反并联结构，主断路器的功率半导体器件数量增加了一倍，在第一电流方向分断时，第二电流方向的功率半导体器件对分断电流或承受电压没有有益作用，相当于主断路器功率半导体器件的利用率只有50％。由于功率半导体器件的成本在该装置总成本中占有很大的比例，因此为了实现双向电流的分断功能，大大增加了装置的成本。

主断路器中第二电流方向的功率半导体器件的增加不但不会产生有益作用，第二电流方向的功率半导体器件反而会受到在第一电流方向关断时产生的过压和过流的不利影响。如果第二电流方向的功率半导体器件与第一电流方向的功率半导体器件采用反向并联的方式连接，在第一电流方向关断时的过电压将施加在第二电流方向的功率半导体器件上，该电压对于第二电流方向的功率半导体器件来说是反向电压，会对器件造成损伤；如果采用第二电流方向的带反并联二极管的功率半导体器件与第一电流方向的带反并联二极管的功率半导体器件采用反向串联的方式连接，在第一电流方向关断过程中产生的很高的突变电流将流过第二电流方向的功率半导体器件中的续流二极管，会对器件的寿命造成不利影响。

增加的第二电流方向的功率半导体器件也会对主断路器的结构设计及电气设计造成不利的影响，第一电流方向的功率半导体器件的布置方向是一致的，使得电气设计及结构设计具有一致性。第二电流方向的功率半导体器件的增加破坏了原有布置方向的一致性，导致对器件布局、安装及布线的难度增加。

发明内容

本发明的目的是提出一种使线路双向电流分断的装置及其控制方法，在保证足够快的分断速度和低损耗的前提下，大大降低装置的成本，减小装置器件布局、安装及布线的难度。

为了达成上述目的，本发明采用的解决方案是：

一种使线路双向电流分断的装置，包括分断电流支路和通态电流支路；其中，分断电流支路包括一个非线性电阻和一个第一功率半导体器件的并联连接，或一个非线性电阻和至少两个相互串联的第一功率半导体器件的并联连接；通态电流支路包括至少一个双向功率半导体开关和至少一个第一高速隔离开关的串联连接；