專利名稱：一種能減小正向疊加電流的直流斷路器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種直流斷路器，特別涉及一種能減小正向疊加電流的直流斷路器。
背景技術：
目前世界上已運行的直流系統絕大多數采用兩端系統，由于缺乏實用的高壓斷路器，直流斷路器的研制水平成為制約直流輸電發展的一個重要因素。目前為止，在高壓直流輸電系統中的直流斷路器設計所采用的方法是將通過交流斷路器的直流電流轉換為有電流零點的交流電流，這樣利用傳統意義上的交流斷路器所設計的直流開斷方案，可以達到開斷大電流的效果。就技術問題與可靠性而言，電流疊加法較為切實可行，即在直流系統中疊加一強制的逆電流或振蕩電流以得到電流零點，但是這種方法會使疊加電流正向幅值至少增大一倍多，增大了分斷大電流的難度，可能會使斷路器分閘時產生的電弧更大，給開關觸頭帶來更大的損壞。
發明內容
本發明的目的在于克服上述不足之處，提出一種較易控制的能減小正向疊加電流的直流斷路器，本發明能夠在產生人工過零點的同時，減小正向疊加電流的幅值，從而有效地抑制了電弧的產生，提高斷路器容量。本發明提供的一種能減小正向疊加電流的直流斷路器，其特征在于，該直流斷路器包括第一、第二逆變電路，第一、第二變壓電路，以及直流開關觸頭；第一、第二逆變電路結構相同，第一、第二變壓電路結構相同，第一逆變電路與第一變壓電路串接后再并接于直流開關觸頭兩端，第二逆變電路與第二變壓電路串接后也并接于所述直流開關觸頭兩端。作為上述技術方案的改進，該直流斷路器還包括非線性電阻，該非線性電阻與所述直流開關觸頭并接。作為上述技術方案的進一步改進，第一、第二變壓電路均由直流電源、逆變器及濾波器構成，逆變器是單相的，逆變器一端與直流電源相連，另一端與濾波器相連。作為上述技術方案的更進一步改進，第一、第二變壓電路均由一個中頻變壓器及一個隔直電容構成，中頻變壓器的輸出繞組與隔直電容串接。本發明具有以下技術效果(I)本發明在應用中，通過控制兩個逆變電路，使人工產生的兩個交流電流疊加到直流故障電流上，使疊加電流產生過零點，并且使正向疊加電流的幅值較小。(2)本發明在應用中，兩個逆變電路人工產生的交流電流是周期性的，并且正負波形對時間軸的面積相等，可以消除直流電流分量，以維持隔直電容兩端的電壓平衡。本發明可以根據不同的需求，通過控制逆變電路，使人工產生的交流電流的負半波的周期和幅值均可變。(3)本發明在應用中，在電流負半波的合適時刻觸發直流開關使之分斷，可以有效抑制電弧的廣生，減小對開關觸頭的損害。
(4)本發明在應用中，單相逆變電路中的開關管可以采用IGBT/IGCT/GT0等全控器件。(5)本發明在應用中，直流電流不能通過隔直電容，使變壓器不至于飽和，可以有效保護變壓器。(6)本發明在應用中，中頻變壓器可以使電位隔離，起變壓和功率調配的作用。(7)本發明在應用中，非線性電阻(為可選元件)可以防止產生過電壓。
圖I為本發明提供的直流斷路器的結構示意圖。
圖2為采用單相兩電平結構的逆變器(開關管以IGBT為例)。圖3為采用單相三電平結構的逆變器(開關管以IGBT為例)。圖4(a)、(b)分別是兩個逆變電路產生的人工交流電流波形，圖4(c)為直流故障電流與兩個人工交流電流的疊加波形及直流故障電流的波形。
具體實施例方式圖I中的結構都是開放式的，不局限于圖中所畫的結構。下面通過借助實例更加詳細地說明本發明，但以下實施例僅是說明性的，本發明的保護范圍并不受這些實施例的限制。如圖I所示，本發明提供的直流斷路器包括第一、第二逆變電路1、1’，第一、第二變壓電路2、2’，直流開關觸頭8及非線性電阻9。第一、第二逆變電路1、1’結構，均由直流電源3、逆變器4及濾波器5構成，逆變器4 一端與直流電源3相連，另一端與濾波器5相連。第一、第二變壓電路2、2’結構相同，均由一個中頻變壓器6及一個隔直電容7構成，中頻變壓器6的輸出繞組與隔直電容7串接；第一逆變電路I與第一變壓電路2串接后再并接于直流開關觸頭8兩端，第二逆變電路I’與第二變壓電路2’串接后也并接于直流開關觸頭8兩端，直流開關觸頭8與非線性電阻9并接。非線性電阻9為可選部件。逆變電路中的逆變器結構要求是單相的，可以采用兩電平(如圖2所示)、三電平(如圖3所示)、五電平等能夠產生交流波形的拓撲結構。逆變器中的開關管可采用IGBT、IGCT或GTO等全控器件。
具體實施方式
中，逆變器以單相H橋結構為例，濾波器以LC濾波器為例。本發明通過控制兩個逆變電路使人工產生的交流電流與直流故障電流疊加后，使疊加電流產生過零點的同時降低了正向疊加電流的幅值。通過兩個逆變電路人工產生的交流電流是周期性的，并且正負波形對時間軸的面積相等，可以消除直流電流分量，維持隔直電容兩端的電壓平衡。直流電流不能流過隔直電容，可以有效保護中頻變壓器，使其不至于飽和。中頻變壓器可以隔離電位，起變換電壓和功率調配的作用。本發明的工作原理是當直流母線上出現故障(例如負載短路)，保護測量系統檢測到直流故障電流后迅速觸發兩個逆變電路的開關管，使其產生相應的交流電壓，經過濾波和變壓器后該電壓加到直流開關和電容組成的回路中，產生相應的交流電流。如圖4(c)所示，兩個人工交流電流疊加到直流故障電流上，使疊加電流產生了人工過零點，并且能夠大幅度的減小正向疊加電流的幅值。在電流負半波內的合適時刻觸發直流開關使之分斷，保護測量系統檢測到故障電流消失后迅速撤除逆變電路的觸發信號。以上所述為本發明的較佳實施例而 已，但本發明不應該局限于該實施例和附圖所公開的內容。所以凡是不脫離本發明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發明保護的范圍。
權利要求
1.一種能減小正向疊加電流的直流斷路器，其特征在于，該直流斷路器包括第一、第二逆變電路，第一、第二變壓電路以及直流開關觸頭；第一、第二逆變電路結構相同，第一、第二變壓電路結構相同，第一逆變電路與第一變壓電路串接后再并接于直流開關觸頭兩端，第二逆變電路與第二變壓電路串接后也并接于所述直流開關觸頭兩端。
2.根據權利要求I所述的直流斷路器，其特征在于，該直流斷路器還包括非線性電阻，該非線性電阻與所述直流開關觸頭并接。
3.根據權利要求I或2所述的直流斷路 器，其特征在于，第一、第二變壓電路均由直流電源、逆變器及濾波器構成，逆變器是單相的，逆變器一端與直流電源相連，另一端與濾波器相連。
4.根據權利要求I或2所述的直流斷路器，其特征在于，第一、第二變壓電路均由一個中頻變壓器及一個隔直電容構成，中頻變壓器的輸出繞組與隔直電容串接。
5.根據權利要求3所述的直流斷路器，其特征在于，第一、第二變壓電路均由一個中頻變壓器及一個隔直電容構成，中頻變壓器的輸出繞組與隔直電容串接。
6.根據權利要求3所述的直流斷路器，其特征在于，所述逆變器采用包括兩電平、三電平或五電平在內的能夠產生交流波形的拓撲結構。
7.根據權利要求3所述的直流斷路器，其特征在于，逆變器中的開關管采用IGBT、IGCT或GTO全控器件。
8.根據權利要求3所述的直流斷路器，其特征在于，濾波器為LC濾波器。
全文摘要
本發明公開了一種能減小正向疊加電流的直流斷路器，它包括二個逆變電路，二個變壓電路，直流開關觸頭；二個逆變電路分別與二個變壓電路串接后再并接于直流開關觸頭兩端。該裝置還可以包括非線性電阻，該非線性電阻與所述直流開關觸頭并接。本發明在檢測到大的直流故障電流時，通過控制兩個逆變電路，使人工產生的兩個交流電流疊加到直流故障電流上，在產生過零點的同時降低了正向疊加電流的幅值。在電流負半波內的合適時刻觸發直流開關使之分斷，從而有效地抑制了電弧的產生，提高了斷路器容量。根據不同的需求，可以靈活控制逆變電路產生的電流波形。
文檔編號H02H3/087GK102655319SQ20121012599
公開日2012年9月5日 申請日期2012年4月26日 優先權日2012年4月26日
發明者欒會, 毛承雄, 王丹, 陸繼明 申請人:華中科技大學