[实用新型]一种基于电容换流的固态式直流断路器

说明书

本实用新型属于直流断路器技术领域，提供了一种基于电容换流的固态式直流断路器，包括：并联连接的SCR单元，电容换流单元和吸能单元；SCR单元用于在故障时零电流下开断故障电流；电容换流单元用于在故障时为SCR单元提供电流过零点并辅助SCR单元关断；吸能单元用于当开断故障电流后吸收系统感性元件储能和限制过电压。本实用新型中可以显著减小避雷器的吸能压力和断路器开断压力。故障时由换流单元为SCR单元换流，主支路无需采用全控型半导体器件开断故障电流，显著降低了主支路开断器件的造价；由于断路器实现了故障电流的软关断，故障电流逐步减小至过零关断，因此系统感性元件储能大大减小，避雷器吸能压力降低。

技术领域

本实用新型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固态式直流断路器。

背景技术

由于直流输电是解决绿色可再生能源接入电网的有效措施，且具有输电距离远、输电量大等优点，在世界各国得到了广泛的应用。由于直流输电网的直流侧阻抗小，当系统发生短路故障时，故障电流快速上升，如果不在短时间内切除故障，会导致换流侧交流断路器动作，换流阀组闭锁，影响整个系统的正常运行，极大地降低了输电系统的可靠性和灵活性。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。

因此能实现系统故障电流过零关断的软关断技术十分必要，软关断技术不仅能降低断路器开断压力，还能有效降低系统感性元件储能，降低避雷器吸能压力。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。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种基于电容换流的固态式直流断路器，旨在解决现有技术中由于开断大故障电流困难以及开断大故障电流导致避雷器吸能过高的技术问题。

本实用新型提供了一种基于电容换流的固态式直流断路器，包括：并联连接的SCR单元，电容换流单元和吸能单元；SCR单元用于在故障时零电流下开断故障电流；电容换流单元用于在故障时为SCR单元提供电流过零点并辅助SCR单元关断；吸能单元用于当开断故障电流后吸收系统感性元件储能和限制过电压。

更进一步地，低压电容换流单元包括：第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第三晶闸管T3、第四晶闸管T4、预充电电容C、换流电感L、第一避雷器MOV1和第一机械开关S0；第一晶闸管T1和第四晶闸管T4串联连接，第二晶闸管T2和第三晶闸管T3串联连接，第一避雷器MOV1和第一机械开关S0串联连接在第一晶闸管T1与第四晶闸管T4的串联连接端与第二晶闸管T2与第三晶闸管T3的串联连接端之间；预充电电容C和换流电感L串联连接在第一晶闸管T1与第四晶闸管T4的串联连接端与第二晶闸管T2与第三晶闸管T3的串联连接端之间；第一晶闸管T1的非串联端与第二晶闸管T2的非串联端共同作为电容换流单元的一端；第三晶闸管T3的非串联端与第四晶闸管T4的非串联端共同作为电容换流单元的另一端。

其中，低压电容换流单元在系统正常运行时，第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第三晶闸管T3、第四晶闸管T4均处于关断状态，当系统发生短路故障时，触发导通T1、T3，由于预充电电容电压极性的设置，流向SCR单元的电流向晶闸管T1、T3所在的支路转移，使SCR单元能在电流过零时关断，换流过程中，预充电电容C和换流电感L振荡，为SCR关断提供足够的时间和电流过零点。SCR关断成功后，电源阀侧继续向预充电电容C充电，预充电电容C电压极性改变，流向预充电电容C的电流继续减小至零，晶闸管T1、T3自然关断，随后避雷器MOV动作吸收系统感性元件储存的能量并限制过电压，最后导通避雷器MOV1的控制第一机械开关S0，吸收预充电电容C储能并将预充电电容电压限制到指定值，为下一次重合闸做准备。