一种新型具备线路故障隔离能力的DC-DC变换器的制作方法

本发明涉及一种新型具备线路故障隔离能力的dc-dc变换器，属于高压、特高压直流输电领域。

背景技术：

高压、特高压直流输电由于诸多优点，得到了越来越多的重视，未来的多端直流输电以由此构建的直流电网成为了趋势，而高压直流输电的电流没有过零点，不能像交流输电那样利用过零点灭弧，给直流断路器的实现带来了很大的困难，目前的实现方法分为以下几种：基于叠加振荡电流产生电流过零点，进而实现电流分断，缺点是关断延迟过长，关断电流有限；直流线路增加逆变-整流环节，在逆变后的交流侧用交流断路器切断电流，缺点是关断延迟大，要等到电流过零点才能关断，且损耗大、造价昂贵；用大量的电力电子器件串联，上面并联避雷器，在正常工作时电流流过阻抗较低的支路，起到降低损耗的作用，在关断时先将电流转移到电力电子支路，然后将隔离开关打开，再用电力电子器件进行关断，用避雷器吸收故障能量。缺点是关断电流有限，而且关断时要先将电流转移到电力电子支路，还要等待隔离开关完全打开，从一定程度上加大了关断延迟。对于高压或特高压领域的直流断路器的开发依然有很多问题亟待解决，研制适用于高电压、大电流场合的直流断路器已经成为了迫切需要。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种新型具备线路故障隔离能力的dc-dc变换器。

本发明的目的在于克服当前高压直流断路器电压等级较低，关断延迟较大，造价过高的缺点。

本发明所采用的技术方案是：在正常运行的时候，dc-dc变换器运行在正常模式下，承担电压变换，能量转换，潮流控制等功能；在系统出现故障时，通过对dc-dc变换器的控制，同时触发能量吸收回路的半控型器件，随着该路电流降为零，分断快速机械开关，随着快速机械开关成功打开，故障得以清除，随后系统恢复正常能量传输状态。

与现有技术相比，本发明具有的优势为：

1、关断延迟小，由于机械开关速度较慢，至少需要2ms，传统混合式断路器中的电力电子断流电路并联在机械开关支路上，需要待机械开关完全打开才能闭锁电力电子断流电路，此时故障电流持续增大；而该断路器的快速机械开关没有并联支路，在故障时，对dc-dc变换器的控制之后经过小于100微秒的延迟即可开始电流转移操作、电流转移操作时间在200微秒之内，之后即可分断快速机械开关，快速机械开关打开之时线路故障电流即已降为零。

2、成本低，将当前工程应用的dc-dc变换器上附加一些装置即可改造成具备线路故障隔离能力的dc-dc变换器，每条线路上不再像混合式断路器一样串联大量的全控型器件，节省了造价。

3、运行经济，由于混合式断路器配置的大量串联的全控型器件以及能量吸收回路在线路正常运行时处于闲置状态，而该方案只有能量吸收回路和故障转移支路在正常运行时处于闲置状态，提高了利用率。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1示出了一种新型具备线路故障隔离能力的dc-dc变换器示意图；

图2示出了一侧dc-dc内部结构示意图，图中虚线框5表示在换流站基础上每相附加至少两个全控型器件反向串联组成的电路；

图3示出了断路单元示意图，由隔离开关6、金属氧化物避雷器7、反向串联的全控型器件8组成；

图4示出了能量吸收回路示意图，由反向并联的半控型器件9、金属氧化物避雷器10组成。

具体实施方式

下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，所述一种新型具备线路故障隔离能力的dc-dc变换器包括：dc-dc变换器单元1、断路单元2、能量吸收回路3，限流电抗器4；dc-dc变换器单元如图2所示，断路单元如图3所示，能量吸收回路如图4所示；

在正常运行时图2中dc-dc的一侧三相mmc虚线框5内的全控型器件闭锁，按照传统dc-dc变换器控制策略进行控制；断路单元快速机械开关6闭合、虚线框8内的所有全控型器件导通，该单元正常流过直流电流；能量吸收回路中虚线框9内的半控型器件闭锁；

线路出现短路故障时，触发dc-dc变换器内相应的全控型器件，随后触发能量吸收回路虚线框9内的所有半控型器件的同时闭锁断路单元虚线框8内的所有全控型器件，当电流降为零时断开快速机械开关6，待6完全打开，短路故障即得以清除。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种新型具备线路故障隔离能力的DC‑DC变换器，属于高压、超高压直流输电技术领域；包含DC‑DC变换器、断路单元、能量吸收回路，其中DC‑DC变换器部分由传统DC‑DC变换器改进而成；断路单元包括超快速机械开关、电流转移开关、金属氧化物避雷器；能量吸收回路由晶闸管与金属氧化物避雷器组成；在直流电网线路中出现故障时，通过控制DC‑DC变换器的直流输出电压，为低成本断路单元的分断创造条件，通过对串联在线路上的断路单元的操作，便可在有限增加的成本的前提下开断直流故障，随着故障的成功隔离，DC‑DC变换器恢复正常运行，该操作不影响网络中其他设备的正常运行。

技术研发人员：赵成勇;李帅;朱思丞;许建中;郭春义
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2017.08.03
技术公布日：2019.02.26