[发明专利]直流限流断路装置

说明书

本发明涉及断路器领域，具体涉及一种直流限流断路装置，目的在于限制短路电流并快速分断故障电路。本发明的直流限流断路装置包括：断路器、第一电抗器、第二电抗器、第一电容器、第二电容器、第一电阻、第二电阻、第一可控开关和控制单元。当负载启动时，控制单元将第一可控开关断开并将断路器闭合，直流电源通过充电回路完成了对第一电容器和第二电容器的充电；当负载短路时，控制单元将第一可控开关闭合，从而使第一电容器与第二电容器串联，使第一电容器与第一电抗器的连接点p1的电压升高，进而限制直流电源电流的大小并令断路器灭弧断开。本发明的断路装置结构简单、成本低，能够有效限制多端柔性直流电网的短路电流，并实现故障电路分断。

技术领域

本发明涉及断路器领域，具体涉及一种直流限流断路装置。

背景技术

随着风电、太阳能等新能源的开发与应用，基于电压源型换流器的多端柔性直流输电技术在直流输电领域占据越来越重要的位置。风能、太阳能发电等新能源接入电网的最大障碍是其间歇性和不确定性，而柔性直流输电技术可以有效地控制电能，隔离电网故障的扩散，而且还能根据电网需求，快速、灵活、可调地发出或者吸收一部分能量，从而优化电网的潮流分布、增强电网稳定性、提升电网的智能化和可控性。

多端柔性直流电网的直流侧线路上一旦发生短路故障，相当于换流器直流侧的电容直接放电，其短路电流会在几个毫秒到达峰值，最大值一般有几千安到几十千安。较大的电流上升率将带来热量集中、电弧火花、电磁应力等问题，同时，因为换流器一般采用IGBT或IGCT 器件，其反并联二极管会形成不控整流桥，所以单纯控制换流器无法切断短路电流，短路电流甚至会损坏换流站。直流短路电流没有过零点，且其峰值和上升速率都要远远高于交流电网，因此，给直流短路故障断开提出了更高的要求。

短路电流的开断还受到直流断路器等技术发展的制约。文献“直流断路器技术发展综述”(南方电网技术，2015年02期)给机械断路器增加并联谐振电路实现和吸能支路，实现直流开断。但是，存在开断和灭弧时间较长的问题。如果采用给并联谐振电路预充电的方式来提高断路器的灭弧速度，不但实现难度大，而且开断速度也难以满足直流电网的需求。国网智能电网研究院以舟山五端直流网络的仿真结果为例，得出高压直流断路器需分断15KA的电流(柔性直流输电网用新型高压直流断路器设计方案，电力系统自动化,2013,37(15):95-102.)，ABB 于2012年完成的320KV/2KA的混合型高压直流断路器(The HybridHVDC Breaker An innovation breakthrough enabling reliable HVDC grids. ABBGrid Systems,Technical Paper Nov’2012)，可分断9kA的短路电流，但因造价太高而未投入商用，并且增加开断容量只能依赖更多IGBT单元的串并联，这会大幅度增加断路器成本，降低可靠性。

然而，在电网发生短路故障时，如何有效限制短路电流并快速分断故障电路成为柔性直流输电网发展的一个瓶颈，有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种直流限流断路装置，能够有效限制多端柔性直流电网短路电流，并实现故障电路分断。

本发明的一方面，提出一种直流限流断路装置，包括：断路器、第一电抗器、第二电抗器、第一电容器、第二电容器、第一电阻、第二电阻、第一可控开关和控制单元；

所述断路器的一端连接直流电源的正极，另一端连接所述第一电抗器的一端；所述直流电源的负极接地；所述第一电抗器的另一端连接所述第一电容器的一端；所述第一电容器的另一端串联所述第一电阻后接地；

所述第二电抗器的一端连接所述第一电抗器与所述第一电容器的之间的连接点p1，所述第二电抗器的另一端连接负载的一端；所述负载的另一端接地；

所述第二电阻的一端连接所述第二电抗器和所述负载之间的连接点p2，所述第二电阻的另一端串联所述第二电容器后接地；或者，