[发明专利]一种半控型无源注入电流式高压直流断路器及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流系统的断路器，具体涉及一种半控型无源注入电流式高压直流断路器及其实现方法。

背景技术

随着基于电压源换流器（VSC）的多端柔性直流和直流电网技术的开始应用，快速直流断路器成为保证系统稳定安全可靠运行的关键设备之一。在交流系统中，交流电流在一个周期内存在两个自然过零点，交流断路器正是利用电流的自然过零点关断电流，而在直流系统中，直流电流不存在自然过零点，因此直流电流的开断远比交流电流的开断困难。

开断直流电流通常有三种方式，一种是在常规交流机械断路器的基础上，通过增加辅助电路，在开断弧间隙的直流电流上迭加增幅的振荡电流，利用电流过零时开断电路，利用这种原理制造的机械式断路器，在分断时间上无法满足多端柔性直流输电系统的要求；一种是利用大功率可关断电力电子器件，直接分断直流电流，利用这种原理制造的固态断路器，在时间上虽然可以满足多端柔性直流系统的要求，但在正常导通时的损耗过大，经济性较差；一种是采用机械开关和电力电子器件混合的方式，正常运行由机械开关通流，故障时分断机械开关，利用产生的电弧电压将电流转移至并联连接的电力电子器件支路中，然后由电力电子器件分断电流。基于该原理断路器既减低了通态损耗，又提高了分断速度，但是需要使用大量的全控器件串联，技术难度大，制造成本高，而且当短路电流超过单个全控器件所能耐受电流峰值时，其成本将接近翻倍。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种半控型无源注入电流式高压直流断路器，另一目的是提供一种半控型无源注入电流式高压直流断路器的实现方法，本发明能够从运行的直流系统中直接对注入电流的电容器充电，不需要装设辅助电路；采用高速机械开关，保持了在正常导通时低损耗的优点，而且能够实现快速、无弧地分断双向电流，电路拓扑结构使用的电力电子器件以半控型器件为主，极大程度上降低了成本。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种半控型无源注入电流式高压直流断路器，其改进之处在于，所述断路器包括高速开关-IGBT₁模块串联支路、以及与该支路并联的非线性电阻器支路和桥式电路，电容器-电抗器串联支路连接于所述桥式电路两桥臂的中点处；晶闸管模块-IGBT₂模块并联支路连接与所述桥式电路两桥臂的端点处。

其中，所述高速开关-IGBT₁模块串联支路包括串联连接的高速开关K和至少一组IGBT₁模块；所述IGBT₁模块包括两个反方向串联的IGBT，所述IGBT两端均反并联有二极管；所述高速开关K由至少一个机械开关组成，当包括两个以上机械开关时，为串联结构。

其中，所述非线性电阻器支路采用金属氧化物限压器MOV实现。

其中，四组反方向并联的晶闸管阀两两串联后再并联，构成桥式电路的两个桥臂；四组反方向并联的晶闸管阀分别用晶闸管阀T₁、晶闸管阀T₂、晶闸管阀T₃和晶闸管阀T₄表示；所述晶闸管阀均由晶闸管串联组成。

其中，所述电容器-电抗器串联支路由电容器C和电抗器L串联组成。

其中，所述晶闸管模块-IGBT₂模块并联支路包括并联的晶闸管模块T和电阻R-IGBT₂模块串联支路；所述晶闸管模块T由反并联的晶闸管组成；所述电阻R-IGBT₂模块串联支路由电阻R和IGBT₂模块串联组成；所述IGBT₂模块包括两个反方向串联的IGBT，所述IGBT两端均反并联有二极管。

本发明基于另一目的提供的一种半控型无源注入电流式高压直流断路器的实现方法，其改进之处在于，所述方法针对直流系统正常运行和发生接地短路故障两种情况实施不同的操作。

其中，当直流系统正常运行时，所述高速开关K闭合，保持IGBT₁模块处于触发状态，电流经高速开关K、IGBT₁模块导通；所述电容器C两端初始电压为零；