[发明专利]适用于MMC直流电网的源网配合式电容型直流断路器

权利要求书

1.适用于MMC直流电网的源网配合式电容型混合直流断路器，所述MMC直流电网具有四个换流站MMC，每个换流站有两个换流器；四个换流站的换流器通过双回直流架空线形成口字形连接；连接换流器的每条直流线路上两端分别安装源网配合式电容型混合直流断路器，用于直流线路发生故障时与MMC主动调压控制策略自适应配合以共同清除隔离故障；

其特征在于，所述源网配合式电容型混合直流断路器拓扑结构包括：

通流支路，包括依次串联的快速机械开关S₁、IGBT开关管组Q₁，所述快速机械开关S₁的另一端接DC母线；

预充电电容支路，包括一个预充电电容器组C₁、一个二极管阀组D₁、一个晶闸管阀组T₁和一个耗能电阻器R₁；二极管阀组D₁、晶闸管阀组T₁和耗能电阻器R₁相互并联后的一端接在IGBT开关管组Q₁的后端、另一端与预充电电容器组C1的一端串联，预充电电容器组C1的另一端接地；

限流电感支路，包括一个限流电感L₁，其一端接在通流支路和预充电电容支路的节点处，另一端与直流线路连接。

2.根据权利要求1所述适用于MMC直流电网的源网配合式电容型混合直流断路器，其特征在于，所述MMC主动调压控制策略，通过主动调压控制器实现；正常运行时，主动调压控制器不投入，调压系数k值保持为1；发生故障时，主动调压控制器投入，输出调压系数k值在[0，1]范围内减小，使得换流器直流侧出口电压自适应等于故障线路断路器预充电电容器组电压，从而瞬间钳住快速机械开关S₁两端电压，为快速机械开关S₁提供关断条件。

3.根据权利要求1所述适用于MMC直流电网的源网配合式电容型混合直流断路器，其特征在于，在直流故障发生时，将k_flt作为调压系数，在最近电平逼近调制过程中将各相子模块投入总数降为k_fltN_ref，实现换流器直流侧出口电压的调节，N_ref表示子模块投入个数参考值。

4.根据权利要求1所述适用于MMC直流电网的源网配合式电容型混合直流断路器，其特征在于，直流电网正常运行时，需要对预充电电容器组C₁充电，使预充电电容器组C₁在充电结束后具有直流额定电压，以便在故障隔离阶段，通过调节换流器投入子模块数量降低输出电压，与预充电电容器组C₁电压自适应配合，从而瞬间钳住快速机械开关两端电压，为快速机械开关S₁提供关断条件。

5.根据权利要求1所述适用于MMC直流电网的源网配合式电容型混合直流断路器，其特征在于，直流电网故障时，在不同过渡电阻下，预充电电容器组C₁电压的衰减速度不同，调压系数k与不同过渡电阻互相匹配，达到自适应调节子模块的切除数量，以同时应对金属性短路故障和高阻短路故障。

6.根据权利要求1所述适用于MMC直流电网的源网配合式电容型混合直流断路器，其特征在于，直流电网故障时，通过以下步骤实现故障清除：

t₀时刻故障发生，MMC换流器向故障点放电，同时故障线路预充电电容器组C₁通过二极管阀组D₁、非故障线路预充电电容器组C_i通过二极管阀组D_i(i＝2，3)向故障点放电，故障电流迅速上升，限流电感L₁限制短路电流的上升速率；

t₁时刻故障被检测到，此时立即投入MMC主动调压控制，与预充电电容电压u_C1配合，通过自适应投切子模块数量使换流器换流器直流出口电压等于预充电电容电压u_C1，同时触发非故障线路上的晶闸管阀组T_i(i＝2，3)，为切断故障线路通流支路时的潮流转移做准备；

经过一定延时，在t₂时刻，关断通流支路上的IGBT开关管组Q₁，切断通流支路上的电流，为快速机械开关S₁的快速无弧分断做准备；IGBT开关管组Q₁关断后，实现故障线路的初步隔离；

t₃时刻，开始分断快速机械开关S₁；此时，换流器子模块数量还未恢复正常投切状态，但非故障线路预充电电容器组C_i(i＝2，3)停止放电，对直流母线电压u_MMC(t)具有稳压作用，使直流母线电压u_MMC(t)在快速机械开关S₁完全分断之前保持不变；

t₄时刻，快速机械开关S₁完全分断，实现故障线路的物理隔离，此时退出MMC主动调压控制，换流器子模块数量恢复正常投切；非故障线路电容预充电电容器组C_i(i＝2，3)被换流器重新充电，经过振荡最终恢复并稳定在直流额定电压；

待非故障线路预充电电容器组C_i(i＝2，3)电压稳定时，停止给非故障线路晶闸管阀组T_i(i＝2，3)触发信号；同时，故障回路构成二阶振荡电路，电流经过振荡最终通过耗能电阻器R₁所在支路进行续流消耗，耗能结束后故障清除结束。