[发明专利]基于电容换流的双向混合式直流断路器及直流输电系统

说明书

本发明公开了一种基于电容换流的双向混合式直流断路器及直流输电系统，直流断路器包括：超快速机械开关单元、负载转换开关单元、电容换流单元和吸能单元；超快速机械开关单元与负载转换开关单元串联连接，电容换流单元与串联连接的超快速机械开关单元和负载转换开关单元并联连接，吸能单元与电容换流单元并联连接；电容换流单元用于在系统发生短路故障时为超快速机械开关单元和负载转换开关单元提供低压支路保证其正常开断，并利用自关断功能切断故障电流；吸能单元用于在开断故障后吸收故障电流被切断后电力系统中感性元件存储的能量。本发明提供的基于电容换流的双向混合式直流断路器能实现故障电流的开断和避雷器吸能限制。

技术领域

本发明属于直流断路器技术领域，更具体地，涉及一种基于电容换流的双向混合式直流断路器及直流输电系统。

背景技术

近年来新能源发电总量迅速增大，而柔性直流输电的应用可有效提升可再生能源发电利用效率，减少弃风、弃光造成的经济损失，高压直流输电(HVDC)作为未来电力系统的重要组成部分，在世界范围内得到了广泛的应用。

随着直流电网规模的不断扩大和直流电网结构的日益复杂，许多关键问题亟待解决，其中之一就是直流短路故障。因此，研制能快速切除故障电流、隔离故障点，保证系统的正常运行直流断路器十分必要。但是由于直流系统短路阻抗小，故障电流上升快，使得断路器开断压力大，且直流系统里面存在感性元件，当开断的故障电流过大时，感性元件储能大，存储的能量通过避雷器吸收导致避雷器吸能压力过大，增大了避雷器的制造难度，影响避雷器使用寿命。为了保护避雷器，减小断路器开断压力，提高系统的安全性，节省投资，开断能力强，避雷器吸能小的断路器研制尤为必要，该方案解决了高压直流断路器运行过程中的许多技术问题，对提高直流输电系统的可靠性和灵活性具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于电容换流的双向混合式直流断路器，旨在解决现有技术中直流断路器开断故障电流困难、避雷器吸能大的技术问题。

本发明提供了一种基于电容换流的双向混合式直流断路器，包括：超快速机械开关单元、负载转换开关单元、电容换流单元和吸能单元；超快速机械开关单元与负载转换开关单元串联连接，电容换流单元与串联连接的超快速机械开关单元和负载转换开关单元并联连接，吸能单元与电容换流单元并联连接；电容换流单元用于在系统发生短路故障时为超快速机械开关单元和负载转换开关单元提供低压支路保证其正常开断，并利用自关断功能切断故障电流；吸能单元用于在开断故障时吸收故障电流被切断后电力系统中感性元件存储的能量。

更进一步地，电容换流单元包括：第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第三晶闸管T3、第四晶闸管T4、换流电容C、换流电感L和电压限制单元；第一晶闸管T1和所述第三晶闸管T3串联连接，所述第二晶闸管T2和所述第四晶闸管T4串联连接，所述电压限制单元连接在所述第一晶闸管T1和所述第三晶闸管T3的串联连接端与所述第二晶闸管T2和所述第四晶闸管T4的串联连接端之间；所述换流电容C和所述换流电感L串联连接在所述第一晶闸管T1与所述第三晶闸管T3的串联连接端与所述第二晶闸管T2与所述第四晶闸管T4的串联连接端之间。

更进一步地，电容换流单元包括：第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第一机械开关S1、第二机械开关S2、换流电容C、换流电感L和电压限制单元；第一晶闸管T1和第一机械开关S1串联连接，第二晶闸管T2和第二机械开关S2串联连接，电压限制单元连接在第一晶闸管T1和第一机械开关S1的串联连接端与第二晶闸管T2和第二机械开关S2的串联连接端之间；换流电容C和所述换流电感L串联连接在第一晶闸管T1与第一机械开关S1的串联连接端与第二晶闸管T2与第二机械开关S2的串联连接端之间。

在本发明中，所需换流电容的容量很小，造价较低。换流电容C在超快速机械开关达到一定开距后才投入使用，因此在电容容量较小的情况下，也能保证断路器在分断故障电流的过程中超快速机械开关UFD和负载转换开关LCS两端电压处于一个较低的值，保障了超快速机械开关UFD和负载转换开关LCS的成功关断。