一种直流开关及其控制方法与流程

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种直流开关及其控制方法。

背景技术：

基于电压源型换流器的柔性直流输电具备有功功率、无功功率可独立灵活控制,可向无源系统供电,波形质量好,潮流翻转时电压极性不需要改变等特点,为大规模可再生能源接入提供了有效解决方案。此外,柔性直流输电更易于构建多端直流和直流电网,将使新能源并网更加灵活、高效、可靠。但是由于柔性直流输电系统使用电压源换流器,故障时电流上升率高,且大部分电压源换流器无法通过闭锁来清除直流故障,如果依靠交流开关清除直流故障,分断速度慢,故障影响范围大，不能选择性的切除直流故障。直流开关作为柔性直流电网中的故障快速隔离装置,是构建直流电网的关键设备,缺少直流开关将极大地影响柔性直流电网的运行灵活性及供电可靠性,严重制约柔性直流输电技术的发展及应用。

目前直流开关主要分为机械式直流开关、固态直流开关以及混合式直流开关。机械式直流开关利用电感、电容振荡创造过零点实现关断,通态损耗低、耐压强度高,但关断时间需数十毫秒,无法满足直流电网快速隔离和重启的要求；全固态高压直流开关基于半导体开关器件,关断速度极快,但通态损耗过大、成本高；混合式直流开关综合前两者优点,通态损耗低且开断速度快,是目前研究的热点。但是目前的混合式直流开关都至少由主支路、转移支路和耗能支路构成，转移支路包含了大量的电力电子器件，耗能支路包含了非线性电阻等耗能器件，其中电力电子器件是影响直流开关造价的重要因素，非线性电阻是影响直流开关可靠性的重要因素，而造价和可靠性恰恰是直流开关推广应用的两大瓶颈。

为了降低直流开关造价并提高可靠性，需要提出一种新的直流开关及其控制方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种直流开关及其控制方法，通过少量开关与储能设备串联从而代替传统混合式直流开关的转移支路，通过储能设备与线性电阻组合来代替传统混合式直流开关的非线性电阻，从而降低直流开关造价并提高直流开关可靠性，同时可以实现直流电流的分断功能。

本发明提供了如下的技术方案：

一种直流开关，所述直流开关串联于直流回路中，至少包括一个主支路和与所述主支路并联的储能支路，所述主支路包括串联的机械开关和电力电子开关；所述储能支路包括串联的开关设备和储能设备；所述储能设备用于存储所述直流回路中的能量，所述储能设备内置耗能电路，所述耗能电路用于衰耗所述储能设备中的能量。

优选的，所述电力电子开关包括至少两个串联的igct器件。

优选的，所述耗能电路包括线性电阻。

优选的，所述储能设备包括m×n个储能模块的串联或者并联组合,所述m和所述n为正整数。

优选的，所述储能模块包括并联的电容和电阻。

优选的，所述储能模块包括串联的二极管d1、并联件、和二极管d4，所述并联件包括并联的电容和电阻，所述二极管d1和所述二极管d4的导通方向相同；所述二极管d1和所述电容上并联有二极管d2，所述二极管d2与所述二极管d1的导通方向相反；所述二极管d4和所述电阻上并联有二极管d3，所述二极管d3与所述二极管d4的导通方向相反。

优选的，所述电容使所述储能设备的端口阻抗可变，在储能初始阶段端口阻抗小，在储能结束阶段端口阻抗大。

一种直流开关的控制方法，包括以下步骤：

s1、合闸操作，包括以下步骤：

s11、闭合主支路的电力电子开关；

s12、闭合主支路的机械开关；

s2、分闸操作，包括以下步骤：

s21、闭合储能支路的开关设备，储能支路导通；

s22、分开主支路的电力电子开关，主支路上电流开始下降；

s23、当主支路上电流下降到机械开关额定值时，分开主支路的机械开关，电流全部转移至储能电路；

s24、当储能支路电流绝对值降低至预设定值后，分开储能支路的开关设备。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供的直流开关，通过少量开关与储能设备串联来代替传统混合式直流开关的转移支路，有利于降低直流开关造价；

2、本发明提供的直流开关，通过储能设备与线性电阻组成来代替传统混合式直流开关非线性电阻来降低直流开关造价并提供直流开关可靠性；

3、本发明提供的直流开关，控制过程简单、可靠。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明直流开关结构示意图；

图2是储能设备示意图一；

图3是储能设备示意图二；

图4是储能模块串并联示意图；

图5是本发明控制方法流程图；

图中标记为：ms.主支路机械开关，pes.主支路电力电子开关，s.储能支路开关设备，pcd.储能支路储能设备。

具体实施方式

如图1-4所示，一种直流开关，直流开关串联于直流回路中，至少包括一个主支路和与主支路并联的储能支路，主支路包括串联的机械开关和电力电子开关；储能支路包括串联的开关设备和储能设备；储能设备用于存储直流回路中的能量，储能设备内置耗能电路，耗能电路用于衰耗储能设备中的能量。

具体的，电力电子开关包括至少两个串联的igct器件，耗能电路包括线性电阻，储能设备包括m×n个储能模块的串联或者并联组合,m和n为正整数。

具体的，储能模块包括并联的电容和电阻。

具体的，储能模块包括串联的二极管d1、并联件、和二极管d4，并联件包括并联的电容和电阻，二极管d1和二极管d4的导通方向相同；二极管d1和电容上并联有二极管d2，二极管d2与二极管d1的导通方向相反；二极管d4和电阻上并联有二极管d3，二极管d3与二极管d4的导通方向相反；电容使储能设备的端口阻抗可变，在储能初始阶段端口阻抗小，在储能结束阶段端口阻抗大。

如图5所示，一种直流开关的控制方法，包括以下步骤：

s1、合闸操作，包括以下步骤：s11、闭合主支路的电力电子开关；s12、闭合主支路的机械开关；

s2、分闸操作，包括以下步骤：s21、闭合储能支路的开关设备，储能支路导通；s22、分开主支路的电力电子开关，主支路上电流开始下降；s23、当主支路上电流下降到机械开关额定值时，分开主支路的机械开关，电流全部转移至储能电路；s24、当储能支路电流绝对值降低至预设定值后，分开储能支路的开关设备。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种直流开关及其控制方法，所述直流开关串联于直流回路中，其特征在于，至少包括一个主支路和与所述主支路并联的储能支路，所述主支路包括串联的机械开关和电力电子开关；所述储能支路包括串联的开关设备和储能设备；所述储能设备用于存储所述直流回路中的能量，所述储能设备内置耗能电路，所述耗能电路用于衰耗所述储能设备中的能量，本发明具有成本低、分断能力好和稳定实用的优点。

技术研发人员：冯亚东
受保护的技术使用者：南京合智电力科技有限公司
技术研发日：2019.01.22
技术公布日：2019.03.29