一种线路取能直流断路器及其应用方法与流程

本发明涉及电力电子，具体涉及一种线路取能直流断路器及其应用方法。

背景技术：

1、直流输配电系统故障发展快、电流增长快，可靠的故障隔离是保证其安全稳定运行的关键。高技术经济性的直流断路器是支撑直流输配电系统发展应用的核心装备。混合式高压直流断路器是当前高压直流开断的主流技术路线，其损耗低、应用与扩展性灵活。然而，混合式直流断路器采用由大量全控型igbt器件构成，一方面其开断性能受限于单个器件开断电流水平，进一步提升存在瓶颈，同时也造成设备整体成本高昂。而应用较广泛机械式直流断路器为有源式，通过对电容预充电，单次注入反向电流实现机械开关熄弧关断，损耗低，但对电容预充电压高，需要高压隔离变压器、高压输出整流设备等复杂充电装置。机械式直流断路器预充电容放电后，重合闸开断工况下电容能量不足，无法再次实现快速注入分断电流。同时，现有可实现双向关断功能的直流断路器拓扑复杂。为此，需要提出的新的拓扑方案，满足直流输配电系统双向关断能力、重合开断能力及更高可靠性的应用需求。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的直流断路器双向关断功能实现复杂，且难以满足重合开断能力及更高可靠性的应用需求的缺陷，从而提供一种线路取能直流断路器及其应用方法。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明实施例提供一种线路取能直流断路器，包括：通流支路、开断支路及耗能支路，其中，

4、所述通流支路串联连接于直流系统中，所述开断支路与所述通流支路并联连接，所述耗能支路并联连接于所述开断支路内部电容两端；

5、所述通流支路包括第一机械开关组及第二机械开关组，所述第一机械开关组与所述第二机械开关组串联连接；

6、所述开断支路包括充电回路、第一电流注入回路、第二电流注入回路及振荡回路；

7、闭合所述第一机械开关组及所述第二机械开关组，导通直流系统负荷电流，同时向所述开断支路内部电容预充电；

8、当直流系统右侧线路发生故障时，向所述第一机械开关组发送分闸命令，在所述第一机械开关组达到预设开距时，导通第一电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第一机械开关组注入反向电流，在所述第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第一电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，导通振荡回路，变换所述开断支路内部电容电压极性，或向所述第二机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到所述第二机械开关组的预设开距，且所述开断支路内部电容完成极性反转，导通第二电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第二机械开关组注入反向电流，在所述第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第二电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作；

9、当直流系统左侧线路发生故障时，向所述第二机械开关组发送分闸命令，在所述第二机械开关组达到预设开距时，导通第二电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第二机械开关组注入反向电流，在所述第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第二电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，导通振荡回路，变换所述开断支路内部电容电压极性，或向所述第一机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到所述第一机械开关组的预设开距，且所述开断支路内部电容完成极性反转，导通第一电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第一机械开关组注入反向电流，在所述第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第一电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作。

10、可选地，所述充电回路，包括：第一电感、第一电容、第一二极管和第一电阻，其中，所述第一电感的一端连接在所述第一机械开关组与所述第二机械开关组之间，所述第一电感的另一端依次通过所述第一电容、所述第一二极管与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端接地。

11、可选地，所述第一电流注入回路，包括：第一晶闸管、第一电感和第一电容，其中，所述第一晶闸管的阳极连接在所述第一机械开关组的一端，所述第一晶闸管的阴极通过所述第一电容与所述第一电感的另一端连接，所述第一电感的一端连接在所述第一机械开关组与所述第二机械开关组之间。

12、可选地，所述第一电流注入回路，包括：第一晶闸管、第一电感和第一电容，其中，所述第一晶闸管的阴极连接在所述第一机械开关组的一端，所述第一晶闸管的阳极通过所述第一电容与所述第一电感的另一端连接，所述第一电感的一端连接在所述第一机械开关组与所述第二机械开关组之间。

13、可选地，所述第二电流注入回路，包括：第二晶闸管、第一电感和第一电容，其中，所述第二晶闸管的阳极连接在所述第二机械开关组的一端，所述第二晶闸管的阴极通过所述第一电容与所述第一电感的另一端连接，所述第一电感的一端连接在所述第一机械开关组与所述第二机械开关组之间。

14、可选地，所述第二电流注入回路，包括：第二晶闸管、第一电感和第一电容，其中，所述第二晶闸管的阴极连接在所述第二机械开关组的一端，所述第二晶闸管的阳极通过所述第一电容与所述第一电感的另一端连接，所述第一电感的一端连接在所述第一机械开关组与所述第二机械开关组之间。

15、可选地，所述振荡回路，包括：第一电容、第一电感和第三晶闸管，其中，所述第一电感的一端与第三晶闸管的阴极连接，所述第三晶闸管的阳极与所述第一电容的另一端连接，所述第一电容的一端与所述第一电感的另一端连接。

16、可选地，所述振荡回路，包括：第一电容、第一电感和第三晶闸管，其中，所述第一电感的一端与第三晶闸管的阳极连接，所述第三晶闸管的阴极与所述第一电容的另一端连接，所述第一电容的一端与所述第一电感的另一端连接。

17、可选地，所述第一机械开关组包括至少一个机械开关，所述第二机械开关组包括至少一个机械开关。

18、第二方面，本发明实施例提供一种线路取能直流断路器的应用方法，基于本发明实施例第一方面所述的线路取能直流断路器，所述线路取能直流断路器的应用方法，包括：

19、闭合第一机械开关组及第二机械开关组，导通直流系统负荷电流，同时向开断支路内部电容预充电；

20、当直流系统右侧线路发生故障时，向所述第一机械开关组发送分闸命令，在所述第一机械开关组达到预设开距时，导通第一电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第一机械开关组注入反向电流，在所述第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第一电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至耗能支路动作，导通振荡回路，变换所述开断支路内部电容电压极性，或向所述第二机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到所述第二机械开关组的预设开距，且所述开断支路内部电容完成极性反转，导通第二电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第二机械开关组注入反向电流，在所述第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第二电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作；

21、当直流系统左侧线路发生故障时，向所述第二机械开关组发送分闸命令，在所述第二机械开关组达到预设开距时，导通第二电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第二机械开关组注入反向电流，在所述第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第二电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，导通振荡回路，变换所述开断支路内部电容电压极性，或向所述第一机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到所述第一机械开关组的预设开距，且所述开断支路内部电容完成极性反转，导通第一电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第一机械开关组注入反向电流，在所述第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第一电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作。

22、可选地，当直流系统右侧线路发生故障时，向所述第一机械开关组发送分闸命令，在所述第一机械开关组达到预设开距时，导通第一电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第一机械开关组注入反向电流，在所述第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第一电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，导通振荡回路，变换所述开断支路内部电容电压极性，包括：

23、当直流系统右侧线路发生故障时，向所述第一机械开关组发送分闸命令，令所述第一机械开关组燃弧分闸，直至达到预设开距；

24、触发开通第一晶闸管，控制第一电容通过第一晶闸管向所述第一机械开关组注入反向电流，所述第一机械开关组熄弧开断；

25、在所述第一机械开关组熄弧开断后，控制故障电流通过第一晶闸管向第一电容充电，直至所述耗能支路中避雷器动作，触发关断第一晶闸管。

26、可选地，当直流系统右侧线路发生故障时，向所述第二机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到所述第二机械开关组的预设开距，且所述开断支路内部电容完成极性反转，导通第二电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第二机械开关组注入反向电流，在所述第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第二电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，包括：

27、当直流系统右侧线路发生故障时，向所述第二机械开关组发送分闸命令，令所述第二机械开关组燃弧分闸，同时触发开通第三晶闸管，控制第一电容通过振荡回路放电，直至达到所述第二机械开关组的预设开距，并且第一电容电压完成极性反转；

28、触发开通第二晶闸管，利用第一电容向所述第二机械开关组注入反向电流，所述第二机械开关组熄弧开断；

29、在所述第二机械开关组熄弧开断后，控制故障电流通过第二晶闸管向第一电容充电，直至耗能支路中避雷器动作，触发关断第二晶闸管。

30、可选地，当直流系统左侧线路发生故障时，向所述第二机械开关组发送分闸命令，在所述第二机械开关组达到预设开距时，导通第二电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第二机械开关组注入反向电流，在所述第二机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第二电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，导通振荡回路，变换所述开断支路内部电容电压极性，包括：

31、当直流系统左侧线路发生故障时，向所述第二机械开关组发送分闸命令，令所述第二机械开关组燃弧分闸，直至达到预设开距；

32、触发开通第二晶闸管，控制第一电容通过第二晶闸管向所述第二机械开关组注入反向电流，所述第二机械开关组熄弧开断；

33、在所述第二机械开关组熄弧开断后，控制故障电流通过第二晶闸管向第一电容充电，直至所述耗能支路中避雷器动作，触发关断第二晶闸管。

34、可选地，当直流系统左侧线路发生故障时，向所述第一机械开关组发送分闸命令，导通振荡回路，直至达到所述第一机械开关组的预设开距，且所述开断支路内部电容完成极性反转，导通第一电流注入回路，利用所述开断支路内部电容向所述第一机械开关组注入反向电流，在所述第一机械开关组熄弧开断后，故障电流通过所述第一电流注入回路向所述开断支路内部电容充电，直至所述耗能支路动作，包括：

35、当直流系统左侧线路发生故障时，向所述第一机械开关组发送分闸命令，令所述第一机械开关组燃弧分闸，同时触发开通第三晶闸管，控制第一电容通过振荡回路放电，直至达到所述第一机械开关组的预设开距，并且第一电容电压完成极性反转；

36、触发开通第一晶闸管，利用第一电容向所述第一机械开关组注入反向电流，所述第一机械开关组熄弧开断；

37、在所述第一机械开关组熄弧开断后，控制故障电流通过第一晶闸管向第一电容充电，直至耗能支路中避雷器动作，触发关断第一晶闸管。

38、本发明技术方案，具有如下优点：

39、1.本发明提供的一种线路取能直流断路器，包括：通流支路、开断支路及耗能支路，其中，通流支路串联连接于直流系统中，开断支路与通流支路并联连接，耗能支路并联连接于开断支路内部电容两端；通流支路包括第一机械开关组及第二机械开关组，第一机械开关组与第二机械开关组串联连接；开断支路包括充电回路、第一电流注入回路、第二电流注入回路及振荡回路。在线路取能直流断路器投入运行后，利用直流系统负荷电流向开断支路内部电容预充电，并在故障隔离后，通过控制开断支路中相应回路状态，将开断支路内部电容恢复至充电后初始状态，实现断路器重合闸功能。根据直流系统线路不同故障位置，选择不同机械开关组分闸，通过控制开断支路中相应回路状态，实现故障隔离，不仅提高了线路取能直流断路器的灵活性及可靠性，同时也实现了线路取能直流断路器的双向关断功能。

40、2.本发明提供的一种线路取能直流断路器的应用方法，在线路取能直流断路器投入运行后，利用直流系统负荷电流向开断支路内部电容预充电，并在故障隔离后，通过控制开断支路中相应回路状态，将开断支路内部电容恢复至充电后初始状态，实现断路器重合闸功能。根据直流系统线路不同故障位置，选择不同机械开关组分闸，通过控制开断支路中相应回路状态，实现故障隔离，不仅提高了线路取能直流断路器的灵活性及可靠性，同时也实现了线路取能直流断路器的双向关断功能。