[发明专利]一种新型组合式直流断路器拓扑

说明书

本发明公开了一种新型组合式直流断路器拓扑，所述拓扑结构在每条直流母线上仅采用一个主断开关，一个失灵辅助开关，与主断开关串联的一个转移开关TS0，两组不同方向的二极管，以及对应m条线路的转移开关TS1‑TSm；所述转移开关TS0与失灵辅助开关并联后与主断开关串联，主断开关一端与直流母线相连，另一端通过转移开关TS0与流入线路方向的二极管组相连，还通过失灵辅助开关与流出线路方向的二极管组相连，转移开关TS1‑TSm分别连接在母线与对应的线路1‑线路m之间。所述新型组合式直流断路器在系统正常运行时，各部分开关两端承受的电压均为零，可以有效降低器件被击穿的概率，提高系统整体的运行可靠性，且采用的主要器件较少，经济性更好。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电系统领域，具体涉及一种具备重合闸功能与快速机械开关失灵保护功能的新型组合式直流断路器拓扑。

背景技术

近年来我国对能源结构的调整，促进了以风电为主的新能源发电技术的发展。同时为提升电网消纳不稳定新能源的能力，基于电压源换流器(voltage source converter，VSC)的柔性直流输电技术也受到了广泛的关注。

柔性直流输电系统中，传统VSC换流站不具备清除直流侧故障的能力，是研究的一大热点。改造换流站采用自清除子模块或采用直流断路器是该问题的两个解决办法，前者一方面自清除子模块自身损耗相对较高，另一方面动作时会引起直流系统短时停电；相比而言，后者既可于系统正常运行时改变运行方式，又可在直流系统不停电情况下快速切除故障元件，具备一定优势。

相较于寿命较短的机械式直流断路器，以及通态损耗极高的固态式直流断路器，基于强迫换流原理的混合式直流断路器有着更好的应用前景，其具备良好的速动性，可低损耗经济运行，同时使用寿命较长。但混合式直流断路器分散应用于柔性直流电网每条线路中时一次成本造价昂贵。

为此，研究人员提出了组合式直流断路器，其通过在换流站对应的每条母线上仅采用一个昂贵的主断部分，可有效切除所连任一线路上发生的故障，大大节约制造成本。但这种组合式断路器正常运行时器件长时间持续承受高电压，任一线路故障动作时存在主断接地过程，同时不具备对快速机械开关的失灵保护功能，故仍须进一步的改进。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种新型组合式直流断路器拓扑，能够在系统正常运行时，有效降低电力电子器件的压力，降低器件被击穿的概率，提高系统整体的运行可靠性；同时，所述新型组合式直流断路器采用的主要器件较少，经济性更好。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种新型组合式直流断路器拓扑，其在每条直流母线上仅采用一个主断开关，一个失灵辅助开关，与主断开关串联的一个转移开关TS0，两组不同方向的二极管，以及对应m条线路的转移开关TS1-TSm；所述转移开关TS0与失灵辅助开关并联后与主断开关串联，主断开关一端与直流母线相连，另一端通过转移开关TS0与流入线路方向的二极管组相连，还通过失灵辅助开关与流出线路方向的二极管组相连，转移开关TS1-TSm分别连接在母线与对应的线路1-线路m之间。

进一步地，所述主断开关由n个全桥子模块串与避雷器相互并联构成，每个全桥子模块串由m个全桥子模块串联组成，总体需要的全桥子模块数量为n*m个。

进一步地，所述全桥子模块由4个二极管以及一个单方向的IGBT桥式连接组成。

进一步地，所述避雷器采用氧化锌避雷器。

进一步地，所述转移开关由快速机械开关与电流转移开关组成，快速机械开关具备快速动作的特性，在2ms时间内能够完全打开，电流转移开关具备一定冗余，由双方向的IGBT串并联组成，并联串数为i，串联个数为j。

进一步地，所述失灵辅助开关由多个单方向的晶闸管串并联组成，并联串数为x，串联个数为y。