[发明专利]一种直流断路器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种断路器及其控制方法，具体讲涉及一种低成本的高压大电流双向直流断路器及其控制方法。

背景技术

多端直流输电技术能够实现多端电源供电以及多落点受电，是一种灵活快捷的输电方式，能够满足电力工业的发展需求。直流断路器是直流输、配电网中承载稳态电流、关断故障电流、关断负荷电流的关键设备，能够限制故障范围扩大并有效清除故障。

随着多端直流输电技术、智能电网与直流配网技术、分布式电源与直流微网技术的迅速发展，直流断路器对电网的可靠、优质、经济运行具有重要意义。然而，直流电流没有自然过零点、开断过电压和能量吸收等问题也成为直流断路器研究难点，另外就目前而言，在高电压等级的直流输配电应用中，短路电流上升速度极快，而且需要双向关断，这对直流断路器的耐压能力、关断容量以及关断时间也提出了极高的要求。

目前具有国际领先技术水平的直流断路器为2013年ABB公司提出的采用机械开关和全控器件串联的混合型直流断路器，如图1所示。该直流断路器由负荷通路，断流支路和断路器支路并联而成。负荷通路包括隔离开关1、限流电感2、快速机械开关3和负荷转移开关4；断流支路包括IGBT阀组5；断路器支路包括金属氧化物避雷器6。假设电路中电流从左端流向右端，在零时刻右端发生故障，则先导通断流支路上的IGBT阀组5，而后关断负荷转移开关4上的IGBT，使得电流从负荷通路转移到断流支路，待电流完全转移后，关断负荷通路上的快速机械开关3、使得负荷转移开关4上的IGBT阀组与主电路隔离。接下来，关断断流支路上的IGBT阀组5，产生的电流过冲能导通金属氧化物避雷器6，使得电路中的能量通过避雷器消耗完毕，完成关断过程。

该直流断路器最大能关断9kA的短路电流，但此直流断路器为关断双向短路电流采用了大量的电力电子器件，提高了设备成本，控制复杂度也相应增加。

因此需要提供一种新的拓扑结构的直流断路器，该直流断路器能在保证现有断路器关断性能不变，实现双向电流关断的同时，降低器件数量，节省断路器制造成本，降低断路器控制复杂度。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种可降低设备成本和控制复杂度的高压大电流双向直流断路器。

本发明提供的技术方案是一种直流断路器，其改进之处在于：所述直流断路器包括依次连接的第一断流单元、第二断流单元和直流负荷开关、以及一端接于第一断流单元和第二断流单元之间、另一端接地的主断流单元。

优选的，所述第一断流单元、所述第二断流单元和所述直流负荷开关均提供正常负荷电流流过的通路；

所述第一断流单元用于断开从直流负荷开关侧流向第一断流单元侧的故障电流，使得故障电流由直流负荷开关经第二断流单元流向主断流单元；

所述第二断流单元用于断开从第一断流单元侧流向直流负荷开关侧的故障电流，使得故障电流由第一断流单元流向主断流单元；

所述直流负荷开关用于分断负荷电流；

所述主断流单元用于承担故障电流的通流、关断、缓冲和消耗短路能量。

优选的，所述第一断流单元包括限流电感L1、快速机械开关FBRK1、晶闸管D1、隔离开关BRK2和绝缘栅双极型晶体管IGBT1；

所述晶闸管D1与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT1反并联后与串联的限流电感L1和快速机械开关FBRK1串联；所述隔离开关BRK2与所述晶闸管D1并联；所述限流电感L1的另一端与隔离开关BRK1的一端连接，所述晶闸管D1的阴极与第二断流单元连接。

优选的，所述第二断流单元包括晶闸管D2、隔离开关BRK3、绝缘栅双极型晶体管IGBT2和快速机械开关FBRK2；

所述晶闸管D2与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT2反并联后与所述快速机械开关FBRK2串联，所述隔离开关BRK3与所述晶闸管D2并联；所述晶闸管D2的阴极与第一断流单元连接，所述快速机械开关FBRK2的另一端与直流负荷开关连 接。

优选的，所述直流负荷开关包括金属氧化物避雷器MOV2、交流断路器BRK5、电容C1、电抗L3和限流电感L2；

所述金属氧化物避雷器MOV2与所述交流断路器BRK5并联后与所述限流电感L2串联，所述电容C1与所述电抗L3串联后与所述金属氧化物避雷器MOV2并联；

所述金属氧化物避雷器MOV2的一端与第二断流单元连接，另一端与限流电感L2的一端连接，所述限流电感L2的另一端连接隔离开关BRK4。