[发明专利]一种无源型高压直流断路器及其实现方法

摘要

本发明涉及一种直流断路器，具体涉及一种无源型高压直流断路器及其实现方法。高压直流断路器包括并联的能量吸收支路、主支路、和电流转移支路，电流转移支路包括第一电流转移支路和第二电流转移支路；能量吸收支路由非线性电阻器构成；高压直流断路器串联连接于直流系统中，主支路包括串联的至少两组高速机械开关和至少两组全控器件模块。还提供一种无源型高压直流断路器的实现方法，本发明的电路拓扑结构简单，控制简便，应用灵活，电容注入电流所需能量，可从系统获得，不需要配置辅助电源，提高了装置可靠性，所使用电力电子器件主要为半控晶闸管，串联技术成熟，易于实现，分断电流能力大，耐受电压等级高，扩展能力强，设备成本低。

主权项

1.一种无源型高压直流断路器的实现方法，其特征在于，所述无源型高压直流断路器包括并联的能量吸收支路、主支路和电流转移支路，所述电流转移支路包括第一电流转移支路和第二电流转移支路；所述能量吸收支路由非线性电阻器构成；所述高压直流断路器串联连接于直流系统中，其特征在于，所述主支路包括串联的至少两组高速机械开关和至少两组全控器件模块；所述全控器件模块由反向串联的全控器件构成，每个全控器件两端均反并联有续流二极管；两组高速机械开关表示为高速机械开关K1和K2，两组全控器件分别表示为第一全控器件、第二全控器件、第三全控器件和第四全控器件；或所述全控器件模块采用四个全控器件和电容器C1组成的全桥结构，分别表示为第九全控器件模块和第十全控器件模块；全桥结构包括两个桥臂，每个桥臂由2个全控器件串联组成，每个全控器件两端均反并联有续流二极管；所述电容器C1连接于两桥臂中点之间；或所述全控器件模块由两组全控器件反向并联构成；两组全控器件分别表示为第五全控器件、第六全控器件、第七全控器件和第八全控器件；所述全控器件包括IGCT器件、IGBT器件和GTO器件；所述第一电流转移支路和第二电流转移支路均由2组反方向晶闸管阀串联构成；串联的电容器C和电感L连接在第一电流转移支路和第二电流转移支路的中点处，经电组接地；所述晶闸管阀分别为晶闸管阀T1、晶闸管阀T2、晶闸管阀T3和晶闸管阀T4；其中晶闸管阀T1和晶闸管阀T2反向串联组成第一电流转移支路，晶闸管阀T3和晶闸管阀T4反向串联组成第二电流转移支路；所述非线性电阻器为避雷器；当全控器件模块由反向串联的全控器件构成，所述实现方法包括：一)当直流系统正常运行时，两组高速机械开关均闭合，全控器件模块中的全控器件均处于触发状态，主支路电流经高速机械开关和与电流同向的全控器件流通；直流系统正常运行期间，经过电阻对连接于第一电流转移支路和第二点流支路中点处的电容器C进行充电；二)直流系统发生单侧短路故障，①当直流系统在断路器右侧端口发生接地短路故障时，对第一电流转移支路中的晶闸管阀T1施加长触发脉冲，同时闭锁与第一、三全控器件，当正向电压高于晶闸管阀T1触发所需的最低电压时，晶闸管阀T1导通，主支路中流经高速机械开关K1电流开始向晶闸管阀T1转移直至过零，发出高速机械开关K1分断信号；短路电流经晶闸管阀T1‑高速机械开关K2‑第二全控器件流通，维持晶闸管阀T1导通不低于2ms的时间，保证高速机械开关K1产生足够开距耐受直流系统恢复过电压，同时等待来自于直流系统或自身的分闸命令；②若直流系统判定或者达到断路器自身分断电流极限值需要高压直流断路器动作时，则触发第二电流转移支路中的晶闸管阀T3，电容器C经电感L向晶闸管阀T1注入反向电流，短路电流开始从晶闸管阀T1向晶闸管阀T3转移，晶闸管阀T1电流降为零时关断；晶闸管阀T1关断后，短路电流经晶闸管阀T3‑电容器C‑电感L‑高速机械开关K2‑第二全控器件对电容器C进行反向充电，电容器C极性反转，直至达到避雷器动作阈值避雷器动作，短路电流转移至避雷器中，晶闸管阀T3关断，直流系统能量被避雷器所消耗吸收，断路器完成分断；在晶闸管阀T3关断后，电容器C储存能量通过第四全控器件经接地电阻释放，能量释放完成后闭锁第二、四全控器件，分断高速机械开关K2；③若系统判定不需要高压直流断器动作时，则重新闭合主支路高速机械开关K1，触发第一、三全控器件，电流将转移到主支路，由于主支路通态压降低，无法使晶闸管阀T1正常导通，晶闸管阀T1关断，高压直流断路器转入稳态运行状态。