專利名稱：一種串入耦合電感高壓直流斷路器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)斷路器，具體涉及一種串入耦合電感高壓直流斷路器及其控制方法。
背景技術(shù)：
高壓直流斷路器在基于IGBT的多端柔性直流輸電及直流電網(wǎng)系統(tǒng)中有著廣泛地應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的交流斷路器主要是應(yīng)用交流電流在每個(gè)周期內(nèi)的兩個(gè)電流零點(diǎn)來(lái)熄滅電弧，從而開(kāi)斷電流，而在直流系統(tǒng)中不存在自然過(guò)零點(diǎn)，因此高壓直流斷路器開(kāi)斷電流的困難在于如何快速熄滅電弧。直流斷路器一般由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換電路和耗能器三部分組成，如圖1所示。其主要開(kāi)斷原理為:分閘時(shí)，電流先從轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換電路，然后轉(zhuǎn)入耗能器耗散能量以耗散直流系統(tǒng)里的殘余能量，最后使直流回路斷開(kāi)。而現(xiàn)有的直流斷路器采用斷路器的電弧負(fù)阻特性與輔助支路電容電感諧振，從而在機(jī)械開(kāi)關(guān)上制造過(guò)零點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?，并且現(xiàn)有的直流斷路器有諧振支路，有電弧，輔助支路電容電感容易產(chǎn)生諧振。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的·不足，本發(fā)明提供一種串入耦合電感高壓直流斷路器及其控制方法，本發(fā)明采用串入耦合電感。耦合電感在機(jī)械開(kāi)關(guān)主回路上產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的振蕩電流，電流疊加，形成過(guò)零點(diǎn)，使機(jī)械開(kāi)關(guān)能夠在零電流時(shí)斷開(kāi)，從而快速切斷故障電流。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:本發(fā)明提供一種串入耦合電感高壓直流斷路器，所述斷路器包括并聯(lián)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換電路和耗能器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)采用機(jī)械開(kāi)關(guān)；所述轉(zhuǎn)換電路采用耦合電路，所述耗能器采用避雷器；所述高壓直流斷路器與控制電路連接，所述控制電路控制機(jī)械開(kāi)關(guān)在零電流時(shí)斷開(kāi)并切斷故障電流、控制耦合電路在機(jī)械開(kāi)關(guān)上產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的振蕩電流，使電流疊加并形成過(guò)零點(diǎn)以及控制避雷器的能量泄放。其中，所述耦合電路包括串聯(lián)的電容和耦合電感，所述電容和耦合電感并聯(lián)在機(jī)械開(kāi)關(guān)兩端。其中，所述耦合電感由電感L1、電感L2和鐵芯組成的變壓器實(shí)現(xiàn)；所述電感L2的兩端分別與機(jī)械開(kāi)關(guān)和電容連接，所述電感L1的兩端分別與機(jī)械開(kāi)關(guān)和直流系統(tǒng)連接。其中，并聯(lián)在機(jī)械開(kāi)關(guān)兩端的電容器與所安裝直流斷路器的電力系統(tǒng)電抗產(chǎn)生諧振；在故障發(fā)生時(shí)，所述耦合電感用于在機(jī)械開(kāi)關(guān)上產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的振蕩電流，使兩個(gè)電流疊加，在機(jī)械開(kāi)關(guān)主回路上制造過(guò)零點(diǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)械開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；所述避雷器用于限制斷路器兩端電壓。其中，所述控制電路采用控制器。其中，所述耗能器或采用可調(diào)電阻。
本發(fā)明基于另一目的提供的一種串入耦合電感高壓直流斷路器的控制方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括下述步驟:(I)故障發(fā)生時(shí)，機(jī)械開(kāi)關(guān)檢測(cè)到故障電流，將故障電流轉(zhuǎn)移到耦合電路中；(2)所述故障電流為耦合電路中的電容器充電，故障電流流經(jīng)電感L1的電流變化，利用耦合電感，產(chǎn)生一個(gè)與故障電流方向相反的變化電流流經(jīng)電感L2 ；(3)所述故障電流和變化電流疊加；(4)疊加后的電流在機(jī)械開(kāi)關(guān)主回路上制造過(guò)零點(diǎn)從而斷開(kāi)機(jī)械開(kāi)關(guān)；(5)所述電容器兩端電壓達(dá)到避雷器動(dòng)作電壓時(shí)，控制電路控制避雷器動(dòng)作，能量從避雷器泄放。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是:
1、本發(fā)明提供的串入耦合電感高壓直流斷路器及其控制方法，能滿足快速切斷故障電流需求，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械開(kāi)關(guān)的無(wú)弧分?jǐn)?，控制方法?jiǎn)單易操作且功能全面。2、本發(fā)明采用耦合電感L1和L2在機(jī)械開(kāi)關(guān)主回路上產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的振蕩電流，電流疊加，形成過(guò)零點(diǎn)，使機(jī)械開(kāi)關(guān)能夠在零電流時(shí)斷開(kāi)，從而快速切斷故障電流，并且本拓?fù)渲袥](méi)有諧振回路，避免了輔助支路電容電感諧振。3、本發(fā)明提供的串入耦合電感高壓直流斷路器無(wú)需時(shí)序調(diào)節(jié)，控制簡(jiǎn)單。4、本發(fā)明提供的串入耦合電感高壓直流斷路器新穎簡(jiǎn)潔，節(jié)省成本。
圖1是直流斷路器基本原理圖；圖2是本發(fā)明提供的串入耦合電感高壓直流斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提供的串入耦合電感高壓直流斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，斷路器包括并聯(lián)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換電路和耗能器，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)采用機(jī)械開(kāi)關(guān)；所述轉(zhuǎn)換電路采用耦合電路，所述耗能器采用避雷器；所述高壓直流斷路器與控制電路連接，所述控制電路控制機(jī)械開(kāi)關(guān)在零電流時(shí)斷開(kāi)并切斷故障電流、控制耦合電路在機(jī)械開(kāi)關(guān)上產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的振蕩電流，使電流疊加并形成過(guò)零點(diǎn)以及控制避雷器的能量泄放。耦合電路包括串聯(lián)的電容和耦合電感，電容和耦合電感并聯(lián)在機(jī)械開(kāi)關(guān)兩端。耦合電感由電感L1、電感L2和鐵芯組成的變壓器實(shí)現(xiàn)；所述電感1^2的兩端分別與機(jī)械開(kāi)關(guān)和電容連接，所述電感L1的兩端分別與機(jī)械開(kāi)關(guān)和直流系統(tǒng)連接。并聯(lián)在機(jī)械開(kāi)關(guān)兩端的高壓電容器的作用是與系統(tǒng)電抗產(chǎn)生諧振。耦合電感LdPL2的作用是故障時(shí)在機(jī)械開(kāi)關(guān)主回路上產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的振蕩電流。直流系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，流經(jīng)電感L1的電流為無(wú)變化的直流電流，則無(wú)電流流經(jīng)電感L2。當(dāng)故障電流發(fā)生時(shí)，流經(jīng)電感L1的電流變化，利用耦合電感，產(chǎn)生一個(gè)與故障電流方向相反的變化電流流經(jīng)電感L2。實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電流疊加，在主回路上制造過(guò)零點(diǎn)從而斷開(kāi)機(jī)械開(kāi)關(guān)。避雷器的作用是限制斷路器兩端電壓。本發(fā)明還提供了串入耦合電感高壓直流斷路器的控制方法，具體包括下述步驟:
(I)故障發(fā)生時(shí)，機(jī)械開(kāi)關(guān)檢測(cè)到故障電流，將故障電流轉(zhuǎn)移到耦合電路中；(2)所述故障電流為耦合電路中的電容器充電，故障電流流經(jīng)電感L1的電流變化，利用耦合電感，產(chǎn)生一個(gè)與故障電流方向相反的變化電流流經(jīng)電感L2 ；(3)所述故障電流和變化電流疊加；(4)疊加后的電流在機(jī)械開(kāi)關(guān)主回路上制造過(guò)零點(diǎn)從而斷開(kāi)機(jī)械開(kāi)關(guān)；( 5 )所述電容器兩端電壓達(dá)到避雷器動(dòng)作電壓時(shí)，控制電路控制避雷器動(dòng)作，能量從避雷器泄放。本發(fā)明提供的串入耦合電感高壓直流斷路器及其控制方法，能滿足快速切斷故障電流需求，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械開(kāi)關(guān)的無(wú)弧分?jǐn)?，控制方法?jiǎn)單易操作且功能全面。最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是:以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種串入耦合電感高壓直流斷路器，所述斷路器包括并聯(lián)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換電路和耗能器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)采用機(jī)械開(kāi)關(guān)；所述轉(zhuǎn)換電路采用耦合電路，所述耗能器采用避雷器；所述高壓直流斷路器與控制電路連接，所述控制電路控制機(jī)械開(kāi)關(guān)在零電流時(shí)斷開(kāi)并切斷故障電流、控制耦合電路在機(jī)械開(kāi)關(guān)上產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的振蕩電流，使電流疊加并形成過(guò)零點(diǎn)以及控制避雷器的能量泄放。
2.如權(quán)利要求1所述的串入耦合電感高壓直流斷路器，其特征在于，所述耦合電路包括串聯(lián)的電容和耦合電感，所述電容和耦合電感并聯(lián)在機(jī)械開(kāi)關(guān)兩端。
3.如權(quán)利要求2所述的串入耦合電感高壓直流斷路器，其特征在于，所述耦合電感由電感L1、電感L2和鐵芯組成的變壓器實(shí)現(xiàn)；所述電感L2的兩端分別與機(jī)械開(kāi)關(guān)和電容連接，所述電感L1的兩端分別與機(jī)械開(kāi)關(guān)和直流系統(tǒng)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的串入耦合電感高壓直流斷路器，其特征在于，并聯(lián)在機(jī)械開(kāi)關(guān)兩端的電容器與所安裝直流斷路器的電力系統(tǒng)電抗產(chǎn)生諧振； 在故障發(fā)生時(shí)，所述耦合電感用于在機(jī)械開(kāi)關(guān)上產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的振蕩電流，使兩個(gè)電流疊加，在機(jī)械開(kāi)關(guān)主回路上制造過(guò)零點(diǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)械開(kāi)關(guān)斷開(kāi)； 所述避雷器用于限制斷路器兩端電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的串入耦合電感高壓直流斷路器，其特征在于，所述控制電路采用控制器。
6.如權(quán)利要求1所述的串入電容式高壓直流斷路器，其特征在于，所述耗能器或采用可調(diào)電阻。
7.—種串入耦合電感高壓直流斷路器的控制方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟: (O故障發(fā)生時(shí)，機(jī)械開(kāi)關(guān)檢測(cè)到故障電流，將故障電流轉(zhuǎn)移到耦合電路中； (2)所述故障電流為耦合電路中的電容器充電，故障電流流經(jīng)電感L1的電流變化，利用耦合電感，產(chǎn)生一個(gè)與故障電流方向相反的變化電流流經(jīng)電感L2 ； (3)所述故障電流和變化電流疊加； (4)疊加后的電流在機(jī)械開(kāi)關(guān)主回路上制造過(guò)零點(diǎn)從而斷開(kāi)機(jī)械開(kāi)關(guān)； (5 )所述電容器兩端電壓達(dá)到避雷器動(dòng)作電壓時(shí)，控制電路控制避雷器動(dòng)作，能量從避雷器泄放。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種串入耦合電感高壓直流斷路器及其控制方法。斷路器包括并聯(lián)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換電路和耗能器，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)采用機(jī)械開(kāi)關(guān)；轉(zhuǎn)換電路采用耦合電路，耗能器采用避雷器；高壓直流斷路器與控制電路連接，故障發(fā)生時(shí)，機(jī)械開(kāi)關(guān)檢測(cè)到故障電流，將故障電流轉(zhuǎn)移到耦合電路中；故障電流為耦合電路中的電容器充電，并流經(jīng)電感L1的電流變化，產(chǎn)生一個(gè)與故障電流方向相反的變化電流流經(jīng)電感L2；故障電流和變化電流疊加；疊加后的電流在機(jī)械開(kāi)關(guān)主回路上制造過(guò)零點(diǎn)從而斷開(kāi)機(jī)械開(kāi)關(guān)；電容器兩端電壓達(dá)到避雷器動(dòng)作電壓時(shí)，避雷器動(dòng)作，能量從避雷器泄放。本發(fā)明能滿足快速切斷故障電流需求，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械開(kāi)關(guān)的無(wú)弧分?jǐn)?，控制方法?jiǎn)單易操作且功能全面。
文檔編號(hào)H01H71/08GK103117196SQ20131001832
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者曹均正, 邱宇峰, 魏曉光, 劉遠(yuǎn), 羅湘 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞電力工程有限公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司