一种直流断路器供能系统及其控制方法和装置与流程

本发明涉及电力保护领域，具体涉及一种直流断路器供能系统及其控制方法和装置。

背景技术：

基于柔性直流输电的直流输电系统由于其良好的特性，已成为目前电力领域的热点之一，也将是未来电网构建的重要组成部分。由于直流系统的阻尼相对较低，直流系统中故障电流上升速率较快，为了保证安全，需要在毫秒内实现故障电流切除，因此，具备大电流超高速分断的高压直流断路器成为构建直流电网的核心装备之一；相比于机械式和固态式高压直流断路器，混合型高压直流断路器具备了高速分断和低功耗运行等优势，成为了现阶段业内主流技术，混合型高压直流断路器由超高速机械开关和大量电力电子组件等组成，其中，电力电子组件控制电路的供电具备高电位供电的特点，电力电子组件控制电路供电可靠性直接影响整个断路器运行的可靠性。

现有技术中混合型高压直流断路器的供电电能一般取自市电，在对混合型高压直流断路器中的电力电子组电供电的过程中将取自市电的工频电压直接与高压直流断路器中的电力电子组件连接，由于市电电位较低，需增加取能磁环中的线圈转数以满足电力电子组件高电位供电的特点，继而增大了高压直流断路器系统体积以及系统成本。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于现有直流断路器供能系统体积较大、设计成本高。

有鉴于此，本发明提供一种直流断路器供能系统，包括：

谐振电容，其输入端通过整流电路与低频交流电压源连接，输出端通过开关电路与谐振电感连接，当开关电路导通时，所述谐振电容与所述谐振电感产生谐振电流，将低频交流电转换为高频交流电输出；

取能磁环，套装在所述系统的供能电缆上，输出端与负载连接，用于将所述高频交流电转换为满足负载要求的电压为负载供电。

优选地，还包括：控制器，分别与所述整流电路、所述开关电路连接，用于控制所述整流电路、所述开关电路动作。

优选地，所述整流电路包括基于晶闸管的单相桥式全控整流电路、单相全波可控整流电路、三相桥式全控整流电路和三相半波可控整流电路中的任意一种。

优选地，所述开关电路包括单只晶闸管或晶闸管桥式电路。

优选地，所述谐振电感包括杂散电感和谐振电抗器。

相应地，本发明还提供一种直流断路器供能系统的控制方法，包括：

判断谐振电容的电压是否满足预设充电电压；

当所述谐振电容的电压满足所述预设充电电压时，控制低频交流电压源停止供电；

开通开关电路中的晶闸管，使得所述谐振电容与谐振电感产生谐振电流，将低频交流电转换为高频交流电并通过取能磁环输出至负载。

优选地，所述开通开关电路中的晶闸管，使得所述谐振电容与谐振电感产生谐振电流，将低频交流电转换为高频交流电并通过取能磁环输出至负载的步骤，包括：

判断所述开关电路中的晶闸管是否发生闭锁；

当所述晶闸管发生闭锁时，开通整流支路中的晶闸管并控制所述低频交流电压源开始供电。

优选地，所述判断谐振电容的电压是否满足预设充电电压的步骤之前，包括：

控制整流电路中的晶闸管处于开通状态，所述开关电路中的晶闸管处于闭锁状态。

相应地，本发明还提供一种直流断路器供能系统的控制装置，包括：

判断单元，用于判断谐振电容的电压是否满足预设充电电压；

控制单元，用于当所述谐振电容的电压满足所述预设充电电压时，控制低频交流电压源停止供电；

开通单元，用于开通开关电路中的晶闸管，使得所述谐振电容与谐振电感产生谐振电流，将低频交流电转换为高频交流电并通过取能磁环输出至负载。

优选地，所述开通单元包括：

判断子单元，用于判断所述开关电路中的晶闸管是否发生闭锁；

开通子单元，用于当所述晶闸管发生闭锁时，开通整流支路中的晶闸管并控制所述低频交流电压源开始供电。

优选地，在所述判断单元执行操作之前包括：

状态控制单元，用于控制整流电路中的晶闸管处于开通状态，所述开关电路中的晶闸管处于闭锁状态。

本发明实施例提供的直流断路器供能系统，通过谐振电容与谐振电感组成谐振电路，当开关电路导通时，谐振电容与谐振电感产生谐振电流，将低频交流电转换为高频交流电输出，取能磁环将高频交流电转换为满足负载要求的电压为负载供电，由于直流断路器内的电力电子组件的高电位的供能需求，在将低频交流电转换为高频交流电输出后，在满足相同的电力电子组件的供电需求的同时减少了取能磁环的磁芯大小，继而减小了高压直流断路器系统体积以及系统成本；

相应地，本发明实施例提供的直流断路器供能系统的控制方法和装置，通过判断谐振电容的电压是否满足预设充电电压，当谐振电容的电压满足预设充电电压时，控制低频交流电压源停止供电，开通开关电路中的晶闸管，使得谐振电容与谐振电感产生谐振电流，将低频交流电转换为高频交流电并通过取能磁环输出至负载。相比于低频供能方式，采用高频供能可以在满足相同的供电需求下减少了取能磁环的大小，继而减小了高压直流断路器系统体积以及系统成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种直流断路器供能系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种直流断路器供能系统及其整流电路的结构示意图；

图3是本发明另一实施例提供的一种直流断路器供能系统的控制方法的流程图；

图4是本发明另一实施例提供的一种直流断路器供能系统的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种直流断路器供能系统，如图1所示，包括：

谐振电容103，其输入端通过整流电路102与低频交流电压源101连接，输出端通过开关电路104与谐振电感105连接，当开关电路104导通时，所述谐振电容103与所述谐振电感105产生谐振电流，将低频交流电转换为高频交流电输出。直流断路器直接从市电吸收能量，市电的频率为50hz，通过整流电路102将交流电转化为直流电为谐振电容103充电，整流电路102可以是基于晶闸管114的单相桥式全控整流电路(如图2(a)中的111所示)、单相全波可控整流电路(如图2(c)所示)、三相桥式全控整流电路(如图2(d)所示)和三相半波可控整流电路(如图2(e)所示)中的任意一种；该谐振电感105可以包括杂散电感和谐振电抗器；该开关电路可以是单只晶闸管114(如图2(b)中的113所示)或晶闸管桥式电路(如图2(a)中的112所示)，当开关电路采用晶闸管桥式电路，可以保证谐振电流在工频周期的正负半周内实现正负对称，进而在工频周期内有效实现磁环的磁复位，消除磁环中的剩磁，防止磁环饱和。

取能磁环106，套装在所述系统的供能电缆上，输出端与负载连接，用于将所述高频交流电转换为满足负载要求的电压为负载供电。通过取能磁环将高频交流电转换为稳定电压输出至负载，该负载为直流断路器内不同的电力电子组件。由于直流断路器中电力电子组件中负载较多，且不同负载所需的额定电压不同，通过设置的多个取能磁环，电磁感应出满足不同电压等级的负载需求的电压，继而为负载供电。

本发明实施例提供的直流断路器供能系统，通过谐振电容与谐振电感组成谐振电路，当开关电路导通时，谐振电容与谐振电感产生谐振电流，将低频交流电转换为高频交流电输出，取能磁环将高频交流电转换为满足负载要求的电压为负载供电。由于直流断路器内的电力电子组件的高电位的供能需求，在将低频交流电转换为高频交流电输出后，在满足相同的电力电子组件的供电需求的同时减少了取能磁环的磁芯大小，继而减小了高压直流断路器系统体积以及系统成本。

优选地，该直流断路器供能系统还包括：控制器107，分别与所述整流电路102、所述开关电路104连接，用于控制所述整流电路、所述谐振电路动作。由于整流支路与开关电路中包括晶闸管，可以根据晶闸管的电流过零自关断的特性，结合控制器实现整流电路与开关电路交替工作，控制器控制低频交流电压源进行间歇性供电，改善了直流断路器内的电磁环境，可减小直流断路器中的电磁量，改善电磁环境，提高供能系统的稳定性。

本发明另一实施例提供一种直流断路器供能系统的控制方法，如图3所示，包括：

s201，判断谐振电容的电压是否满足预设充电电压,当所述谐振电容的电压满足所述预设充电电压时，执行步骤s202。谐振电容与谐振电感产生谐振电流之前需要对谐振电容进行充电，预设充电电压可以是谐振电容的额定电压。

s202，控制低频交流电压源停止供电。当低压交流电压源停止供电时，根据晶闸管电流过零自关断的特性，整流电路中的晶闸管发生闭锁，实现停止对谐振电容的供电。

s203，开通开关电路中的晶闸管，使得所述谐振电容与谐振电感产生谐振电流，将低频交流电转换为高频交流电并通过取能磁环输出至负载。相比于基于igbt的高频逆变方案，使用晶闸管作为功率开关器件，降低了系统成本。

本发明实施例提供的直流断路器供能系统的控制方法，通过判断谐振电容的电压是否满足预设充电电压，当谐振电容的电压满足预设充电电压时，控制低频交流电压源停止供电，开通开关电路中的晶闸管，使得谐振电容与谐振电感产生谐振电流，将低频交流电转换为高频交流电并通过取能磁环输出至负载。由于直流断路器内的电力电子组件的供能需求，在将低频交流电转换为高频交流电输出后，在满足相同的电力电子组件的供电需求的同时减少了取能磁环的大小，继而减小了高压直流断路器系统体积以及系统成本。

步骤s203，包括：

首先，判断所述开关电路中的晶闸管是否发生闭锁；

其次，当所述晶闸管发生闭锁时，开通整流支路中的晶闸管并控制所述低频交流电压源开始供电。根据晶闸管电流过零自关断的特性，当谐振电路中的晶闸管发生闭锁时，此时谐振电路的电流降为零，表明谐振电容放电结束，继而开通整流支路中的晶闸管并控制低频交流电压源重新开始供电。通过控制整流电路和开关电路的配合，实现直流断路器间歇性脉冲供电，该方案相比于持续高频送能方案，可改善直流断路器中的电磁环境，提高供能系统的稳定性。

在步骤s201之前，包括：

控制整流电路中的晶闸管处于开通状态，所述开关电路中的晶闸管处于闭锁状态。，使得低频交流电压源持续为谐振电容充电。

本发明实施例提供的直流断路器供能系统的控制方法，通过判断谐振电容的电压是否满足预设充电电压，当谐振电容的电压满足预设充电电压时，控制低频交流电压源停止供电，开通开关电路中的晶闸管，使得谐振电容与谐振电感产生谐振电流，将低频交流电转换为高频交流电并通过取能磁环输出至负载。相比于低频供能方式，在将低频交流电转换为高频交流电输出后，在满足相同的电力电子组件的供电需求下能够减少了取能磁环的大小，继而减小了高压直流断路器系统体积以及系统成本。

相应地，本发明实施例还提供一种直流断路器供能系统的控制装置，如图4所示，包括：

判断单元41，用于判断谐振电容的电压是否满足预设充电电压；

控制单元42，用于当所述谐振电容的电压满足所述预设充电电压时，控制低频交流电压源停止供电；

开通单元43，用于开通开关电路中的晶闸管，使得所述谐振电容与谐振电感产生谐振电流，将低频交流电转换为高频交流电并通过取能磁环输出至负载。

优选地，所述开通单元43包括：

判断子单元，用于判断所述开关电路中的晶闸管是否发生闭锁；

开通子单元，用于当所述晶闸管发生闭锁时，开通整流支路中的晶闸管并控制所述低频交流电压源开始供电。

优选地，在所述判断单元执行操作之前包括：

状态控制单元，用于控制整流电路中的晶闸管处于开通状态，所述开关电路中的晶闸管处于闭锁状态。

本发明实施例提供的直流断路器供能系统的控制装置，通过判断单元判断谐振电容的电压是否满足预设充电电压，当谐振电容的电压满足预设充电电压时，控制低频交流电压源停止供电，开通开关电路中的晶闸管，使得谐振电容与谐振电感产生谐振电流，将低频交流电转换为高频交流电并通过取能磁环输出至负载。相比于低频供能方式，在将低频交流电转换为高频交流电输出后，在满足相同的电力电子组件的供电需求下能够减少了取能磁环的大小，继而减小了高压直流断路器系统体积以及系统成本。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。