[发明专利]一种混合式有源型高压直流断路器

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种高压直流输电系统的直流断路器，特别是涉及一种混合式有源型高压直流断路器。

【背景技术】

随着电力电子技术的飞速发展，基于全控型电力电子器件和模块化多电平换流器技术的柔性直流输电，彻底解决了传统高压直流输电受端存在的换相失败问题，并可独立快速控制所传输的有功和无功，极大地提高了输电的灵活性。特别是近些年能够实现多电源供电及多落点受电的多端直流输电系统受到了越来越多的关注，而高压直流断路器是可实现多端直流输电系统组网的关键技术之一。

目前只有转移或开断负载电流的高压直流转换开关成功应用到直流工程领域(ZL200820029503.1)，但其在分断时间上无法满足多端柔性直流输电系统的要求。对于开断短路电流的高压直流断路器则一直还处于研究阶段。其中ABB提出了基于快速机械隔离开关与全控型电力电子器件IGBT串联的混合式方案(CN102687221B)，而国网则提出了基于高速机械隔离开关与大功率全控型电力电子器件IGBT全桥级联的混合式方案(CN104635151A)。上述的高压直流断路器方案中，一方面，需要配置大量的全控型电力电子器件IGBT，但是受制于目前全控型功率器件的技术水平，其价格非常昂贵，且IGBT的电压电流参数远不及半控型功率器件晶闸管，因此非常不适合在高压直流输电系统工程中大量推广使用。另一方面，随着直流输电系统电压等级的升高，为阻断更高的电压ABB方案中IGBT串联的数量也要大量增加，考虑到IGBT的开通与关断过程都是微秒级的，其串联控制的同步性问题也随之突出。

另外，专利CN104767170A和CN104767171A提出了两种相似的混合式直流断路器方案，其中前者需要使用两套电容器组和两套充电装置，后者则使用了六组晶闸管阀，极大地增加了直流断路器的制造成本。特别是，两者的串联晶闸管两端都没有反并联二极管，虽然同样可以实现直流电流的关断功能，但是在关断过程中，特别是关断短路电流的过程中，晶闸管会出很大的反向恢复电流，且晶闸管两端会出现很高的反向恢复电压，这对晶闸管来说存在极易损坏的问题。同样，两者的LC放电回路中的晶闸管阀也存在因放电电流的变化率过高而损坏的风险。

【发明内容】

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种混合式有源型高压直流断路器，本发明直流断路器的电路拓扑结构简单、控制简便、安全可靠、动作迅速。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种混合式有源型高压直流断路器，包括了并联的主支路、换流支路、耗能支路和保护用高压点火球隙GAP₃，以及限流电感L₁和剩余直流电流断路器BR；限流电感L₁和剩余直流电流断路器BR串联后与并联的主支路、换流支路、耗能支路和保护用高压点火球隙GAP₃连接；

所述高压直流断路器串联连接与直流系统中，主支路包括了串联的快速机械隔离开关QS和电流转移模块S；所述换流支路为桥式换流支路，由两组晶闸管阀支路、两组二极管阀和阻尼电感支路、两组放电用高压点火球隙支路和LC支路组成。

进一步，所述的换流支中，第一组晶闸管阀TH₁与第二组晶闸管阀TH₂反向串联连接构成第一支路，第一组二极管阀VD₁、阻尼电感L_VD1与第二组二极管阀VD₂、阻尼电感L_VD2反向串联连接构成第二支路；第一组晶闸管阀TH₁与第一组二极管阀VD₁方向相反，第二组晶闸管阀TH₂与第二组二极管阀VD₂方向相反；

第一组高压点火球隙GAP₁与第二组高压点火球隙GAP₂串联连接构成第三支路；

第一支路、第二支路中点相连且与LC支路的一端相连，LC支路的另一端与第三支路中点相连；第一支路、第二支路、第三支路，三条支路两端分别连接在一起。

进一步，所述电流转移模块S由两组IGBT阀组件VS反向串联构成，所述IGBT阀组件VS由至少一个全控型电力电子器件IGBT与至少一个全控型均压电路分别并联后再串联，然后再与避雷器R_V并联构成。