[发明专利]一种两电平电压源的直流断路器合成试验回路及方法

说明书

本发明提供的一种两电平电压源的直流断路器合成试验回路及方法，包括电流源和两电平电压源，其中，电流源和两电平电压源均并接于试品直流断路器两端；本发明由两电平电压源等效瞬态开断电压，既可以保障试验时有足够的瞬态开断电压及持续时间，也可以提供直流断路器开断后需承受的直流系统电压，试验回路简单且等价性高；电流源与两电平电压源相互配合能等效出与直流断路器实际开断时更加相符的电流和电压应力，使直流断路器的开断性能得到可靠验证，试验回路的容量小、结构简单、经济性高。

技术领域

本发明属于直流断路器试验领域，具体涉及一种两电平电压源的直流断路器合成试验回路及方法。

背景技术

随着风能、太阳能等可再生清洁能源的装机规模快速增长，适合间歇式可再生能源大规模接入的多端直流输配电技术得到了广泛的重视。直流断路器作为直流系统中重要的保护设备，能够快速清除和隔离故障以保障直流系统的安全性和稳定性。为了确保直流断路器能够可靠开断，直流断路器的开断试验对其性能的验证起着重要作用。

直流电网中主要使用的直流断路器有混合式直流断路器和机械式直流断路器，虽然二者工作原理不同，通常情况下二者都由长期通流的主支路、负责电流转移的换流支路，以及能量耗散支路并联构成，都需要利用换流支路将故障电流转移至能量耗散支路来实现直流开断。可由图1来定性描述直流断路器的开断过程，故障发生后，主支路的主断路器接收到分闸指令后分闸，通过注入反向电流或者关闭主支路的电力电子开关，故障电流从主支路转移至换流支路，换流支路电压快速上升；当换流支路电压达到能量耗散支路避雷器动作电压后，避雷器动作，故障电流从换流支路向能量耗散支路转移；能量耗散支路耗散系统能量使电流逐渐减小，此阶段直流断路器瞬态开断电压维持在避雷器残压附近；当故障电流降到剩余电流水平时，直流断路器承受直流系统电压，最终剩余电流开关断开剩余电流将直流断路器与直流系统隔离。

直流断路器的开断试验需要等效实际开断情形下的电流和电压应力，对于电流应力应该满足故障电流最大值和故障电流上升期间的电流上升率，对于电压应力应该满足电压上升期间的瞬态开断电压上升率、瞬态开断电压持续时间(等同于t_FS)、直流系统电压U_dc。

从上述开断过程可知，直流断路器的避雷器耗散能量时提供了瞬态开断电压。如果在试验时带上直流断路器的避雷器进行试验，电压应力的施加会变得很困难，如535kV直流断路器开断时避雷器需耗散100MJ以上能量，这对试验电源的要求太高，试验回路难以实现，而小容量的试验回路由于提供的能量不够，会导致瞬态开断电压持续的时间过短，试验的电压应力等效性不够。为了解决该矛盾，本方法采用去掉避雷器进行开断试验，在这种情形下，如何等效出直流断路器实际开断情形下的电流和电压应力是关键，由避雷器吸收能量时提供的瞬态开断电压幅值和持续时间，以及避雷器动作结束后直流断路器耐受的直流系统电压都需要试验回路去等效施加给试品，本试验回路的设计难度大，与之相关的成熟设计方案还未提出。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种两电平电压源的直流断路器合成试验回路及方法，其目的在于使用电流源和两电平电压源等效出与直流断路器实际开断时更加相符的电流和电压应力，在降低试验回路成本的同时，还能保证瞬态恢复电压、瞬态恢复电压持续时间和直流系统电压与实际相符，使直流断路器的开断性能得到可靠验证。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种两电平电压源的直流断路器合成试验回路，所述回路包括电流源和两电平电压源，所述电流源和两电平电压源均并接在试品直流断路器两端。

优选地，所述电流源包括电流源LC支路、限压支路、引弧支路和辅助开关，其中，电流源LC支路与限压支路并联后的一端依次与引弧支路、辅助开关串联，辅助开关的另一端与试品直流断路器的一端连接；电流源LC支路与限压支路并联后的另一端接地。