熔断器组合器件及控制方法、直流断路器及控制方法与流程

本发明涉及一种熔断器组合器件及控制方法、直流断路器及控制方法，属于直流断路器技术领域。

背景技术：

直流输电技术发展迅猛，特别是多端直流输电在构成坚强智能电网方面有着得天独厚的优势，在大气雾霾治理和促进社会经济发展方面起着重大作用。然而，在高压直流输电系统中，直流故障穿越能力有限，当系统发生线路短路故障时，故障电流会快速增加，极大影响了输电安全。

作为保障直流输电系统安全运行的一种主要设备，高压直流断路器同常规交流断路器相比，要求动作速度快，通常需要在几个毫秒内切断故障电流。公开号为CN103280763A的发明专利“一种直流断路器及其实现方法”公开了一种直流断路器，该断路器同时利用了导通损耗小的机械开关和开断电流迅速的全控型电力电子器件。但是，机械开关作为决定直流断路器开断电流时间的关键性器件，由于其合闸和开闸的动作相对较慢，降低了该直流断路器切除故障的速度。

因此，如何进一步提高直流断路器的分闸和合闸速度，来实现故障的快速切除以及线路的快速恢复，成为直流断路器应用研究的主要技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种熔断器组合器件及控制方法、直流断路器及控制方法，用以解决直流输电系统中故障的快速切除以及线路的快速恢复问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种主动熔断式熔断器组合器件，所述熔断器组合器件包括熔断器控制单元和熔断器组合单元；所述熔断器控制单元包括主控单元、选通开关驱动单元和熔断电流产生单元；所述熔断器组合单元包括选通开关和用于安装熔断器的组合安装装置；所述组合安装装置上设有两条以上的熔断器安装支路，每条所述熔断器安装支路的一端连接在所述选通开关的对应选通端上，另一端短接在一起形成所述组合安装装置的短接端；所述熔断电流产生单元输出端的一端连接在所述选通开关的公共端，另一端连接在所述组合安装装置的短接端；所述选通开关驱动单元驱动所述选通开关的选通触头切换不同的选通端，所述主控单元控制所述熔断电流产生单元产生熔断电流。

进一步地，所述主控单元控制连接所述选通开关驱动单元。

进一步地，所述选通开关为转换开关。

进一步地，所述熔断电流产生单元产生的熔断电流为脉冲电流。

一种主动熔断式熔断器组合器件的闭合控制方法，在需要快速闭合的情况下，通过将串联于线路中的不能导通的熔断器安装支路切换到一条熔断器未熔断的熔断器安装支路，以实现线路的快速闭合。

进一步地，通过一个选通开关将串联于线路中的不能导通的熔断器安装支路切换到一条熔断器未熔断的熔断器安装支路。

进一步地，所述选通开关为转换开关。

一种主动熔断高压直流断路器，所述断路器包括并联连接的主通流支路、电子开关支路和耗能支路，所述主通流支路包括一个主动熔断式熔断器组合器件，所述熔断器组合器件包括熔断器控制单元和熔断器组合单元；所述熔断器控制单元包括主控单元、选通开关驱动单元和熔断电流产生单元；所述熔断器组合单元包括选通开关和用于安装熔断器的组合安装装置；所述组合安装装置上设有两条以上的熔断器安装支路，每条所述熔断器安装支路的一端连接在所述选通开关的对应选通端上，另一端短接在一起形成所述组合安装装置的短接端；所述熔断电流产生单元输出端的一端连接在所述选通开关的公共端，另一端连接在所述组合安装装置的短接端；所述选通开关驱动单元驱动所述选通开关的选通触头切换不同的选通端，所述主控单元控制所述熔断电流产生单元产生熔断电流。

进一步地，所述主控单元控制连接所述选通开关驱动单元。

进一步地，所述选通开关为转换开关。

进一步地，所述熔断电流产生单元产生的熔断电流为脉冲电流。

进一步地，所述主通流支路串联有至少一个辅助开关模块。

进一步地，所述主通流支路还串联有一个机械开关。

一种主动熔断高压直流断路器的合闸控制方法，包括以下步骤：

1)当供电系统需要闭合时，对主通流支路进行旁路导通；

2)通过将串联于所述主通流支路的不能导通的熔断器安装支路切换到一条熔断器未熔断的熔断器安装支路；

3)所述熔断器安装支路切换完成后，关断所述旁路；

4)线路电流全部通过所述主通流支路，完成合闸控制。

进一步地，步骤1)中在对主通流支路进行旁路导通后，控制闭合串联在主通流支路中的辅助开关模块。

进一步地，步骤2)中通过一个选通开关将串联于所述主通流支路的不能导通的熔断器安装支路切换到一条熔断器未熔断的熔断器安装支路。

进一步地，所述选通开关为转换开关。

本发明的有益效果是：

本发明提出了一种主动熔断式熔断器组合器件，该熔断器组合器件包括一个用于安装熔断器的组合安装装置和熔断电流产生单元，当需要快速分断线路时，由熔断电流产生单元主动产生熔断电流，使串联在断路器主通流支路中的熔断器在几个毫秒内迅速熔断，实现了线路的快速分断；该熔断器组合器件还包括一个选通开关，在需要快速闭合线路时，通过采用选通开关将串联于主通流支路的不能导通的熔断器安装支路切换到一条熔断器未熔断的熔断器安装支路，实现线路的快速闭合。

本发明还提出了一种主动熔断高压直流断路器，该直流断路器采用了一个主动熔断式熔断器组合器件，该熔断器组合器件包括一个用于安装熔断器的组合安装装置和熔断电流产生单元，线路发生故障的情况下，由熔断电流产生单元主动产生熔断电流，使串联在断路器主通流支路中的熔断器在几个毫秒内迅速熔断，实现了断路器的快速分闸，可靠隔离故障，避免故障电流对设备和线路的破坏；该熔断器组合器件还包括一个选通开关，在需要快速合闸的情况下，通过采用选通开关将串联于主通流支路的不能导通的熔断器安装支路切换到一条熔断器未熔断的熔断器安装支路，实现供电系统的快速恢复，提高了设备维护的效率，降低了劳动强度。

附图说明

图1是熔断器组合器件的结构框图；

图2是主动熔断高压直流断路器拓扑图1；

图3是主动熔断高压直流断路器拓扑图2；

图4是主动熔断高压直流断路器拓扑图3。

具体实施方式

本发明提出了一种熔断器组合器件及控制方法、直流断路器及控制方法，下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

主动熔断式熔断器组合器件实施例：

如图1所示，该熔断器组合器件包括熔断器控制单元和熔断器组合单元，其中熔断器控制单元包括主控单元、选通开关驱动单元和熔断电流产生单元，熔断器组合单元包括选通开关和用于安装熔断器的组合安装装置。组合安装装置上设有两条以上的熔断器安装支路，每条熔断器安装支路的一端连接在选通开关的对应选通端上，所有安装支路的另一端短接在一起形成组合安装装置的短接端。熔断电流产生单元输出端的一端连接在选通开关的公共端，另一端连接在组合安装装置的短接端，用于将熔断电流输出到组合安装装置。选通开关驱动单元驱动选通开关的选通触头切换不同的选通端，主控单元控制熔断电流产生单元产生熔断电流。

其中，选通开关是一个转换开关，也可以是其他能承受高电压大电流的可实现线路可靠迅速切换的其他选择开关器件。主控单元控制选通开关驱动单元驱动该转换开关的刀闸动作，将不同的熔断器安装支路串联在线路中，即实现熔断电流产生单元在不同的熔断器安装支路之间进行切换。

熔断电流是一种脉冲电流，可以使熔断器快速熔断，同时避免了连续熔断电流易产生电弧的现象。

主动熔断式熔断器组合器件的控制方法的实施例：

该控制方法包括分断控制方法和闭合控制方法。其中，分断控制方法为：在需要快速熔断的情况下，通过主动控制产生熔断电流，使熔断电流通过串联在线路中的熔断器安装支路，熔断器快速熔断以实现线路快速切断。

闭合控制方法为：在需要快速闭合的情况下，通过将串联于线路中的不能导通的熔断器安装支路切换到一条熔断器未熔断的熔断器安装支路，以实现线路的快速闭合。

在上述分断控制方法中，产生的熔断电流是一种脉冲电流，该脉冲电流流经熔断器安装支路，用于实现熔断器的快速熔断，同时避免了连续熔断电流易产生电弧的现象。

在上述闭合控制方法中，通过一个选通开关将串联于线路中的不能导通的熔断器安装支路切换到一条熔断器未熔断的熔断器安装支路，该选通开关是一个转换开关，也可以是其他可实现线路可靠迅速切换的其他选择开关器件。

主动熔断高压直流断路器实施例1：

如图2所示，该断路器包括并联连接的主通流支路、电子开关支路和耗能支路。其中主通流支路包括一个主动熔断式熔断器组合器件，该熔断器组合器件包括熔断器控制单元和熔断器组合单元，其中熔断器控制单元包括主控单元、选通开关驱动单元和熔断电流产生单元，熔断器组合单元包括选通开关和用于安装熔断器的组合安装装置。组合安装装置上设有两条以上的熔断器安装支路，每条熔断器安装支路的一端连接在选通开关的对应选通端上，所有安装支路的另一端短接在一起形成组合安装装置的短接端。熔断电流产生单元输出端的一端连接在选通开关的公共端，另一端连接在组合安装装置的短接端，用于将熔断电流输出到组合安装装置。选通开关驱动单元驱动选通开关的选通触头切换不同的选通端，主控单元控制熔断电流产生单元产生熔断电流。电子开关支路包括若干个串联连接的H桥模块，用于辅助主同流支路换流。耗能支路包括若干个避雷器，用于消耗故障电流。

其中，电子开关支路中的H桥模块也可采用现有技术中的半桥模块或者是H桥模块的变形模块来替代，H桥模块中的电子开关器件IGBT也可以采用可实现相同功能的其他全控型功率器件如IGCT来替代。

选通开关是一个转换开关，也可以是其他可实现线路可靠迅速切换的其他选择开关器件。主控单元控制选通开关驱动单元驱动该转换开关的刀闸动作，将不同的熔断器安装支路串联在线路中，即实现熔断电流产生单元在不同的熔断器安装支路之间进行切换。

熔断电流是一种脉冲电流，可以使熔断器快速熔断，同时避免了连续熔断电流易产生电弧的现象。

主动熔断高压直流断路器实施例2：

如图3所示，该实施例是在图2的基础之上，在主通流支路串联一个辅助开关模块，该辅助开关模块具体采用H桥模块，用于以辅助电子开关支路换流。同样地，该辅助开关模块也可采用现有技术中的半桥模块或者是H桥模块的变形模块，且数目可以不止一个。

主动熔断式高压直流断路器实施例3：

如图4所示，该实施例是在图3的基础之上，在主通流支路上又串联了一个机械开关。在主通流支路的熔断器快速熔断以后，通过断开该机械开关，实现线路的物理断开，可靠隔离故障。

主动熔断高压直流断路器的控制方法实施例：

该控制方法包括分闸控制方法和合闸控制方法，其中分闸控制方法包括以下内容：

线路电流正常通流情况下，主通流支路处于通流状态，线路电流流过主通流支路的熔断器安装支路，电子开关支路处于断流状态，无电流流过，耗能支路处于断流状态，无电流流过。

当供电系统发生故障，系统要求直流断路器快速分断，主动熔断高压直流断路器的分闸控制方法包括以下步骤：

(1)开通电子开关支路中的H桥模块，电子开关支路导通。

(2)主控单元驱动熔断电流产生单元产生流经熔断器安装支路的熔断电流，当熔断电流达到熔断器的动作阈值时，熔断器开始快速熔断，并且在几个毫秒内完全熔断，主通流支路断流。

(3)主通流支路断流后，闭锁控制电子开关支路中的H桥模块，故障电流对所述电子开关支路中H桥模块的电容充电。

(4)当电子开关支路产生的电压达到耗能支路中耗能单元的动作阈值时，由耗能支路的避雷器消耗故障电流，直流断路器完成分断。

另外，步骤(1)中，在电子开关支路导通后，也可以通过断开串联在主通流支路中的辅助开关模块以辅助主通流支路断流，该辅助开关模块可以采用H桥模块、半桥模块或者是H桥模块的变形模块；步骤(2)中，熔断电流产生单元产生的熔断电流是一种脉冲电流；步骤(3)中，在主通流支路断流后，先断开串联在主通流支路的机械开关，再闭锁控制电子开关支路中的H桥模块。

主动熔断高压直流断路器的合闸控制方法包括以下内容：

线路电流在分断情况下，主通流支路处于断流状态，线路电路无电流流过，电子开关支路处于断流状态，无电流流过，耗能支路也处于断流状态，无电流流过。

当高压直流断路器接收到上层控制系统下发合闸指令时，主动熔断高压直流断路器的合闸控制方法包括以下步骤：

1)开通电子开关支路中的H桥模块，电子开关支路导通。

2)断路器主控单元控制选通开关驱动单元驱动转换开关的选通触头动作，使转换开关切换到一条熔断器未熔断的熔断器安装支路，主通流支路导通。

3)熔断器安装支路切换完成后，闭锁控制电子开关支路中的H桥模块，关断电子开关支路。

4)线路电流全部通过所述主通流支路，完成合闸控制。

步骤1)中，首先闭合串联在主通流支路中的机械开关，再对主通流支路进行旁路导通，在对主通流支路进行旁路导通后，控制闭合串联在主通流支路中的辅助开关模块；步骤2)中，通过一个选通开关将串联于主通流支路的不能导通的熔断器安装支路切换到一条熔断器未熔断的熔断器安装支路用于使主通流支路导通，该选通开关可以是转换开关，也可以是可实现该切换功能的其他器件。