[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

说明书

本发明公开适用于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源侧主动调压控制策略自适应配合以共同清除隔离故障。本发明利用MMC主动调压控制策略和预充电电容电压的自适应配合，为快速机械开关支路提供低电压、零电流分断条件，能实现故障线路有效切除，降低了故障电流对换流站影响，避免了母线电压崩溃，保证非故障线路正常运行。

所属技术领域

本发明属于柔性直流电网保护与控制技术领域，特别涉及一种适用于MMC 直流电网的源网配合式电容型直流断路器。

背景技术

近年来，以柔性直流为代表的新一代输电技术在远距离大容量输电场合呈 现较大发展潜力。模块化多电平换流器(modular multilevel converters，MMC)的 出现使柔性直流输电不断向高电压、大容量方向发展，MMC已成为远距离大 容量柔性直流输电系统的首选换流器拓扑结构，在柔性直流输电领域广泛应用。

由于新能源大规模开发和远距离输电的需要，在适合远距离大容量场合的 柔性直流电网中，采用架空线路作为直流线路是未来的必然趋势。架空线路要 穿越众多复杂的地理和气候环境，遭遇外界环境冲击突然短路的概率较高。为 了应对架空线发生短路故障概率高的问题，目前工程上一般使用高速大容量直 流断路器(DC circuit breaker，DCCB)被动隔离短路故障。由于直流电网的低阻性、 低惯量特性，短路电流通常可在故障后几个毫秒之内上升到额定值的数十倍， 造成高速大开断容量DCCB的研制难度大、制造成本高。DCCB严苛的技术指 标以及较高的经济成本限制了直流电网的发展和建设。

发明内容

本发明的目的在于充分发挥换流器的控制能力，解决柔直电网中DCCB开 断电流大、耗散能量大、开断速度要求高的问题，而提出一种适用于MMC直 流电网的源网配合式电容型直流断路器，在直流故障期间通过控制策略改变换 流器投入的子模块数量，使换流器出口直流电压与网侧预充电电容电压保持相 等，为快速机械开关提供有利的分断条件。

为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种适用于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；

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。