一種具備雙向阻斷功能的直流斷路器拓撲的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種直流斷路器拓撲。
【背景技術】
[0002]快速直流斷路器是保證直流輸配電系統和直流電網系統穩定安全可靠運行的關鍵設備之一。與交流系統所不同的是,直流系統的電流并不存在自然過零點,因此直流系統中無法像交流系統一樣利用電流的自然過零點關斷,因此直流電流的開斷問題一直是一個值得研究的課題。
[0003]目前開斷直流電流通常有兩種方式,第一種是純電力電子斷路器,如ABB公司申請的專利CN102870181A,利用大功率可關斷電力電子器件,直接分斷直流電流。利用這種原理制造的固態斷路器,在時間上雖然可以滿足多端柔性直流系統的要求,但在正常導通時的損耗過大,經濟性較差。
[0004]第二種是混合斷路器技術,即在傳統的交流機械斷路器的基礎上,通過增加輔助的電力電子電路,投入限流電阻以降低短路電流或在開斷弧間隙的直流電流上疊加振蕩電流,利用電流過零時開斷電路。利用這種原理制造的混合式斷路器,其對機械開關有特殊要求,在分斷時間上較難滿足直流輸電系統的要求。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是克服現有技術成本較高。工程實現難度較大的不足,提出一種混合式直流斷路器。本發明具有穩態運行時損耗小,出現短路故障時無電弧切斷,響應迅速等特點。
[0006]所述的直流斷路器拓撲由主回路模塊、故障電流阻斷模塊,第一二極管組和第二二極管組組成。主回路模塊的第一引出端子與第一二極管組的陽極連接,連接點作為所述的直流斷路器拓撲的第一引出端子;主回路模塊的第二引出端子與第二二極管組的陽極連接,連接點作為所述的直流斷路器拓撲的第二引出端子;第一二極管組的陰極與第二二極管組的陰極連接,并與故障電流阻斷模塊的第一引出端子連接于連接點;故障電流阻斷模塊的第二引出端子作為所述的直流斷路器拓撲的第三引出端子。
[0007]所述的主回路模塊由機械開關和半導體器件組組成。機械開關的一端作為主回路模塊的第一引出端子,機械開關的另一端與半導體器件組的第一引出端子連接,半導體器件組的第二引出端子作為主回路模塊的第二引出端子引出。
[0008]所述的主回路模塊也可以僅由機械開關組成,半導體器件組用導線代替。
[0009]所述的故障電流阻斷模塊由η個子模塊級聯組成,η為大于等于I的整數。每個子模塊由電容,子模塊二極管,子模塊全控型半導體器件和避雷器組成。所述的電容正極與子模塊二極管的陰極連接于第一連接點,并與避雷器的一端連接,避雷器的另一端與電容的負極連接于第二連接點,并與子模塊全控型半導體器件的發射極連接,作為子模塊的第二引出端子,子模塊二極管的陽極與子模塊全控型半導體器件的集電極連接,作為子模塊的第一引出端子。
[0010]在啟動時,故障電流阻斷模塊中的各子模塊中的全控型半導體器件關斷,直流電流經過第一二極管或者第二二極管,然后依次流經各子模塊中二極管和各子模塊電容流到負直流母線中,該過程能夠對各子模塊電容進行充電。
[0011 ]當直流故障發生時,故障電流阻斷模塊中的各子模塊中的全控型半導體器件導通,然后主回路關斷,然后故障電流阻斷模塊中的各子模塊全控型半導體器件關斷,電流流過各子模塊電容,當各子模塊電容電壓達到避雷器動作電壓時,電流轉而流過各子模塊避雷器,依靠避雷器消耗掉直流網絡殘余能量,故障電流逐漸衰減為零。
[0012]所述的故障電流阻斷模塊也可以由全控型半導體器件組與避雷器并聯組成。所述的全控型半導體器件組由多個全控型器件串聯組成。如果采用此種結構,當故障發生時,故障電流阻斷模塊中的各子模塊中的全控型半導體器件導通,然后主回路關斷,然后故障電流阻斷模塊中的各子模塊全控型半導體器件關斷,電流流過各子模塊避雷器,依靠避雷器消耗掉直流網絡殘余能量,故障電流逐漸衰減為零。
[0013]本發明的優點:
[0014]a.所使用的半導體器件數量少,耐壓需求低;
[0015]b.整個裝置無源器件需求少,體積小,重量輕;
[0016]c.采用已成熟的全橋子模塊技術,易于工程實現。
【附圖說明】
[0017]下面結合附圖及【具體實施方式】對本發明作進一步說明。
[0018]圖1為本發明的電路結構示意圖;
[0019]圖2為本發明的實施例1的電路原理圖;
[0020]圖3為本發明的實施例2的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示,所述的直流斷路器拓撲由主回路模塊1、故障電流阻斷模塊2,第一二極管組3,第二二極管組4組成。主回路模塊的第一引出端子與第一二極管組3的陽極連接作為所述的直流斷路器拓撲的第一引出端子5,主回路模塊的第二引出端子與第二二極管組4的陽極連接作為所述的直流斷路器拓撲的第二引出端子6,第一二極管組的陰極與第二二極管組的陰極連接,并與故障電流阻斷模塊的第一引出端子連接于連接點7 ;故障電流阻斷模塊的第二引出端子作為所述的直流斷路器拓撲的第三引出端子8。
[0022]所述的主回路模塊由機械開關11和半導體器件組14組成。機械開關的一端作為主回路模塊的第一引出端子,機械開關的另一端與半導體器件組的第一引出端子連接,半導體器件組的第二引出端子作為主回路模塊的第二引出端子引出。
[0023]所述的故障電流阻斷模塊2由3個子模塊級聯組成。每個子模塊由電容26,子模塊二極管24,子模塊全控型半導體器件25和避雷器27組成。所述的電容正極與子模塊二極管的陰極連接于第一連接點30,并與避雷器的一端連接,避雷器的另一端與電容的負極連接于第二連接點,并與子模塊全控型半導體器件的發射極連接,作為子模塊的第二引出端子29,子模塊二極管的陽極與子模塊全控型半導體器件的集電極連接,作為子模塊的第一引出端子28。
[0024]在啟動時,故障電流阻斷模塊中的各子模塊中的全控型半導體器件關斷,直流電流經過第一二極管3或者第二二極管4,然后依次流經各子模塊中二極管和各子模塊電容流到負直流母線中,該過程能夠對各子模塊電容進行充電。
[0025]當直流故障發生時,故障電流阻斷模塊中的各子模塊中的全控型半導體器件導通,然后主回路模塊關斷,然后故障電流阻斷模塊中的各子模塊全控型半導體器件關斷,電流流過各子模塊電容,當各子模塊電容電壓達到避雷器動作電壓時,電流轉而流過各子模塊避雷器,依靠避雷器消耗掉直流網絡殘余能量,故障電流逐漸衰減為零。
[0026]實施例1
[0027]圖2所示為所述直流斷路器接入直流線中的具體實施例,其中直流斷路器的的第一引出端子5與直流線路上的電感32 —端連接,電感另一端與換流站33的正極連接,直流斷路器的第二引出端子6與短路點31連接,直流斷路器的第三引出端子8與負直流母線連接。主回路模塊中的半導體器件組14由第一 IGBT模塊12與第二 IGBT模塊13反向串聯組成。故障電流阻斷模塊由第一子模塊21、第二子模塊22、第三子模塊23級聯組成。
[0028]實施例2
[0029]圖3所示為故障電流阻斷模塊的另一種實現方式,故障電流阻斷模塊2由全控型半導體器件組41與避雷器42并聯組成,全控型半導體器件組41由多個IGBT串聯組成。
【主權項】
1.一種具備雙向阻斷能力的直流斷路器拓撲,其特征在于:所述的直流斷路器拓撲由主回路模塊(I)、故障電流阻斷模塊(2),第一二極管組(3)和第二二極管組(4)組成;主回路模塊(I)的第一引出端子與第一二極管組(3)的陽極連接,其連接點作為所述的直流斷路器拓撲的第一引出端子(5);主回路模塊(I)的第二引出端子與第二二極管組(4)的陽極連接,其連接點作為所述的直流斷路器拓撲的第二引出端子出);第一二極管組(3)的陰極與第二二極管組(4)的陰極連接,并與故障電流阻斷模塊(2)的第一引出端子連接于連接點(7);故障電流阻斷模塊(2)的第二引出端子作為所述的直流斷路器拓撲的第三引出端子⑶。2.按照權利要求1所述的直流斷路器拓撲,其特征在于:所述的主回路模塊由機械開關(11)和半導體器件組(14)組成;機械開關(11)的一端作為主回路模塊的第一引出端子,機械開關(11)的另一端與半導體器件組(14)的第一引出端子連接,半導體器件組(14)的第二引出端子作為主回路模塊(I)的第二引出端子。3.按照權利要求1所述的直流斷路器拓撲,其特征在于:所述的故障電流阻斷模塊(2)由η個子模塊級聯組成,η為大于等于I的整數;每個子模塊由電容(26),子模塊二極管(24),子模塊全控型半導體器件(25)和避雷器(27)組成;所述的電容(26)的正極與子模塊二極管(24)的陰極連接于第一連接點(30),并與避雷器(27)的一端連接,避雷器(27)的另一端與電容(26)的負極連接于第二連接點,并與子模塊全控型半導體器件(25)的發射極連接,作為子模塊的第二引出端子(29),子模塊二極管(24)的陽極與子模塊全控型半導體器件(25)的集電極連接,作為子模塊的第一引出端子(28)。4.按照權利要求1所述的直流斷路器拓撲,其特征在于:所述的故障電流阻斷模塊由全控型半導體器件組與避雷器并聯組成;所述的全控型半導體器件組由多個全控型器件串聯組成。
【專利摘要】一種具備雙向阻斷能力的直流斷路器拓撲,其特征在于:所述的直流斷路器拓撲由主回路模塊(1)、故障電流阻斷模塊(2),第一二極管組(3)和第二二極管組(4)組成;主回路模塊(1)的第一引出端子與第一二極管組(3)的陽極連接,其連接點作為所述的直流斷路器拓撲的第一引出端子(5);主回路模塊(1)的第二引出端子與第二二極管組(4)的陽極連接,其連接點作為所述的直流斷路器拓撲的第二引出端子(6);第一二極管組(3)的陰極與第二二極管組(4)的陰極連接,并與故障電流阻斷模塊(2)的第一引出端子連接于連接點(7);故障電流阻斷模塊(2)的第二引出端子作為所述的直流斷路器拓撲的第三引出端子(8)。
【IPC分類】H02H3/087
【公開號】CN105281288
【申請號】CN201510690583
【發明人】朱晉, 劉單華, 尹靖元, 韋統振
【申請人】中國科學院電工研究所
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年10月22日