[发明专利]带有强制电流振荡的用于高压DC网络的断路器

说明书

本发明涉及用于高压或中压DC网络的断路器，包括具有插入在网络的线路中的机械断路器(S1)的支路(A‑A')，并且与该支路并联安装的，一方面是浪涌保护器支路(5)，另一方面是第一组电容器(C)、跳闸开关(S2)和电感器的串联连接。根据本发明，该断路器包括至少一个第一电阻分压器(Rs)，其链接到所述网络的电压并且具有与电容器组(C)并联连接以便对电容器组充电的低电压级(R1s)。

技术领域

本发明涉及断路器装置的一般技术领域，尤其是设计为在负载上断开其所插入的电路，更确切地说，本发明涉及带有强制注入振荡电流的用于高压或中压直流网络的断路器装置。

背景技术

本发明在保护多点高压直流(HVDC)网络或多点中压直流(MVDC)网络的技术领域中找到特别有利的应用。本发明的断路器装置能够在这种网络中出现故障的情况下保护这种网络以及相关联的交流/直流(AC/DC)转换器。

随着DC网络和基于DC转换器的多点DC网络的发展，DC断路器装置已成为确保稳定、安全和可靠运行的关键因素。

在AC网络中，电流在每个周期内两次过零，这样AC断路器就利用自然电流过零点来中断电流。在DC网络中，直流电流没有自然过零点，因此中断电流更为复杂。

在DC网络的现有技术中，已知利用基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的电力电子系统来直接中断故障DC电流。虽然这样的系统能够使电流快速中断，但该解决方案过于昂贵，并且在正常运行中导致大的传导损耗。

另一种已知的解决方案被称为“混合”或“机电一体化”，并且其首先包括具有与超快速机械隔离开关串联连接的电子功率器件的主支路，并且其次并联地包括电子功率器件。出现故障时，主支路中的电子功率器件将中断电流，并且机械隔离开关断开。电流切换到并联支路中，这样消除了故障。该解决方案具有降低传导损耗和以非常高的速度进行断路的优点。然而，该解决方案需要多个器件被串联和并联连接，因此需要复杂的控制。

还从专利申请WO2012/100831已知用于HVDC网络的断路器装置，其包括具有插入在网络线路中的机械断路器的一个支路，以及与该支路并联连接的避雷器和串联连接在一起且与该支路并联连接的跳闸开关、电感和预充负电压的电容。在出现故障电流时，跳闸开关用于将电流传送到电容器支路，以便减少和停止机械断路器支路中的电流流动。

另一种解决方案也是已知的，其使用一种机械断路器，该机械断路器只要呈现过零点就能够消除故障电流。然而，在DC网络中，由于故障电流不存在过零点，所以这样的机械断路器与用于注入振荡电流的电路相关联，使得可以人为引起故障电流呈现过零点。典型地，与机械断路器并联连接了包括第一电容器组、跳闸开关和电感器的一个串联连接。在出现故障电流时，跳闸开关使电容器组通过电感器放电，从而在流过具有机械断路器的支路的电流中产生过零点。

在出版物AORC Technical Meeting 2014，B4-1120，Mitsubishi，“HVDC breakersfor HVDC grid applications(用于HVDC电网应用的HVDC断路器)”中描述的变型实施例中，AC电源用于给电容器组充电。因此，该解决方案是昂贵的，因为它需要使用在网络电压下工作的辅助电源和跳闸开关(晶闸管或绝缘栅极双极型晶体管的堆叠，或等离子体控制的放电间隙(spark gap))。

同样，出版物IEEE Transactions on Power Apparatus Systems，Hitachi，1985“Development and interrupting tests on 250kV 8kA HVDC circuit breaker(在250kV8kA HVDC断路器上开发和中断测试)”提出，网络应该将电容器组充电到网络电压，使得跳闸开关也在网络电压下工作。

专利申请CN10333785没有描述用于给电容器组充电的电路，并且提供了使用具有控制监测的多个电子功率器件，这些器件也用于在网络电压下工作。