[发明专利]一种快速直流开关及其控制方法

说明书

一种快速直流开关及其控制方法，属于电力开关领域，其特征在于：包括主电流支路、振荡转移支路和耗能支路；所述主电流支路、振荡转移支路和耗能支路并联后，通过出线端A1和A2引出。通过控制振荡转移支路切换开关K1动作，实现振荡转移支路预充电电容的容值调节。在小电流开断情况下，通过小电容完成小电流转移，有效缩短开断时间的同时可以防止断口发生击穿，提高开断可靠性；在大电流开断工况下，通过大电容转移电流实现开断，提升开断容量，开断速度快，可靠性高。本发明提出的开关方案具有额定通流损耗低，断口绝缘恢复好、开断可靠性高，全电流范围开断速度快等优势，能够满足目前直流系统对开关安全性、可靠性、经济性的要求。

技术领域

本发明属于电力开关领域，尤其涉及一种快速直流开关及其控制方法。

背景技术

直流输配电系统是未来电网的重要发展方向，具有运行方式灵活、电能质量高、系统稳定、便于分布式能源高效接入等优势，而直流开关是保障直流配电网安全可靠运行的核心设备。目前基于预充电电容转移的机械式直流开关具备开断电流大、成本低、损耗小等优势，在未来直流系统中具有广泛的应用前景。然而，由于预充电转移电容器的存在，机械式方案开断小电流非常困难，电流范围小于1000安培为小电流，大于1000安培为大电流。一方面，小电流开断情况下预充电电容产生的大反向注入电流可能导致机械断口发生击穿，进而造成开断失败，另一方面，小电流开断过程中，电流从机械断口转移到电容器以后需要很长的充电时间给电容充电才能建立开断电压，导致小电流开断时间长。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种转移电容容值可调的机械式直流开关及其控制方法。

本发明所述快速直流开关，包括主电流支路、振荡转移支路和耗能支路；所述主电流支路、振荡转移支路和耗能支路并联后，通过出线端A1和A2引出。

本发明所述快速直流开关，其特征在于：所述振荡转移支路包括相串联的容值可调电路、电感和电力电子器件；所述容值可调电路包括切换开关K1、预充电电容C1和C2；所述C2和K1串联后与C1并联设置；所述预充电电容C1的容值小于电容C2。

本发明所述快速直流开关，其特征在于：所述主电路支路包括机械开关S1或机械开关S1与电力电子器件串并联及组合。

本发明所述快速直流开关，其特征在于：所述切换开关K1包括但不限于以下器件的单个或任意组合：触发间隙、晶闸管、机械开关。

本发明所述快速直流开关，其特征在于：所述电感为普通空心电感或带铁芯的电感或耦合变压器。

本发明所述快速直流开关，其特征在于：所述电力电子器件包括但不限于以下器件的单个或任意组合：晶闸管、二极管。

本发明所述快速直流开关的控制方法：通过控制振荡转移支路上的切换开关K1动作，实现振荡转移支路预充电电容的容值调节；具体过程为：当大电流开断，振荡转移支路上并联的电容C2和电容C1同时参与电流转移和开断；当小电流开断，通过切换开关K1打开，将振荡转移支路的电容C2切出，仅保留电容C1来转移和开断电流。

本发明所述快速直流开关的控制方法：包括如下步骤：当开断小电流时，机械开关S1和切换开关K1同时打开，小电流由主电流支路转移至振荡转移支路C1，主电流支路电流降至零，电弧熄灭；小电流持续给转移支路电容C1充电，当C1电压超过系统电压后，电流快速下降到零，完成开断；当开断大电流时，机械开关S1打开，切换开关K1保持闭合，大电流由主电流支路转移至振荡转移支路，主电流支路电流降至零，电弧熄灭；大电流持续给电容C1和C2充电，当电容电压达到避雷器导通电压时，电流转移至耗能支路，完成大电流开断。