[发明专利]具有反向电流生成的DC断路器

说明书

本发明公开了一种断路器装置(10)，包括：主支路(B_M)和与所述主支路电并联的辅助支路(B_A)，其中，所述主支路包括与由至少一个半导体开关(Q_P)构成的断路器单元串联的至少一个机械隔离开关(S1、S2)和与所述至少一个断路器单元并联的缓冲器电路(Sn2)，所述缓冲器电路包括能量储存元件(C_P)，其中，所述机械隔离开关(S1、S2)可开关以选择性允许在第一操作模式中电流在所述主支路中流动，或者在第二操作模式中电流从所述主支路换向到所述辅助支路，其特征在于，所述缓冲器电路(Sn2)还包括泄流电阻器(R2)，所述泄流电阻器(R2)被设置成当电流从所述主支路换向到所述辅助支路时，通过对所述能量储存元件(C_P)放电在所述主支路中产生反向电流。

技术领域

本发明涉及用在高压直流(HVDC)电力传输中的断路器装置。

背景技术

电网运营商越来越多地使用高压直流(HVDC)来在长距离上有效地运送大功率。主要原因是对于这种大功率长距离链路，直流(DC)优于交流(AC)，原因是直流能够没有电容或电感损耗地传送电力。

DC换流站还通过去耦连这些网络的频率和相位提高关联的AC网络的稳定性。HVDC链路因此对稳定电网是非常有用的，电网受到来自分布式和间歇式电源，诸如风能或太阳能的电力的越来越多的贡献的挑战。

电力网络中的关键元件是断路器。其作用是通过快速地切断故障元件中的电流保护网络，从而防止故障和停电(例如在雷击或海底电缆断开之后)。以此方式，断路器将故障与电网的剩余部分隔离。不管是AC或DC，断路器对保护复杂的互连电网至关重要。

在AC网络中，电流周期性地驱动通过零点(对于50Hz网络，每秒100次)，电流零点是中断的理想时刻。

但是在DC网络中，没有自然的电流零点，一个主要技术挑战是不停止升高的故障电流。

在缺少电流零点时，在由断路器的开关分开的触点之间产生电弧。这可能侵蚀并使触点恶化，由此不利地影响介质承受，降低开关的寿命。

因此已经开发出具有能够产生人工电流零点的DC断路器。

如图1上所示，并且对于在Dag Andersson Dr.和Anders Henriksson的文章“Passive and Active DC Breakers in the Three Gorges-Changzhou HVDC Project”(Cigré International Conference on Power Systems(国际大电网会议)，中国，武汉，2001年9月3-5日，391页)中描述的情况，通过增加与断路器B并联的LC振荡电流，可以实现这种人工的电流零点。这里，LC电路包括电感器L、中断器I和被永久性预充电的电容器C的串联布置。

图1的DC断路器包括并联的三个支路：具有断路器B的低阻抗支路(主支路)，其中，电流稳态流动；具有LC电路的辅助支路；和具有浪涌捕获器(surge arrester)P的能量吸收支路。

开关情形是一个两步骤过程。

-步骤1：在断路器B的闭合位置，电流流动通过主支路，辅助和能量吸收支路不起作用。按跳闸次序，为了发起从主支路到辅助支路的电流换向，在电流仍流动通过主支路时，断路器的触点被分开。由此在断路器的触点之间拉出长度增长的电弧。当触点充分分开时，辅助支路的中断器I闭合。预充电的电容器C通过电感器L和断路器B以由此振荡电路的电容和电感强加的频率放电。如果电容器的电压足够高，则放电电流超过DC电流，电流穿过零点，主支路中的电流在小于一个周期中被中断。否则，放电引起由主支路和辅助支路形成的回路中的电流振荡。振荡电流增加，最终超过要被中断的DC电流。现在，流动通过主支路的电流具有过零点，断路器能够中断该电流。