双线路组合式直流断路器及故障控制方法与流程

本发明涉及高压输变电装备，具体涉及一种双线路组合式直流断路器及故障控制方法。

背景技术：

1、高压直流断路器是柔性直流电网的最关键设备，作为直流电网直流侧故障选择性隔离的关键器件，直流断路器在多端高压直流输电系统中担负着控制和保护双重作用。当发生短路故障时，断路器需要迅速开断并隔离短路故障，从根本上限制短路电流的迅速增大和短路故障的扩大。一般情况下，直流电网的直流母线有多条线路连接，这就意味着一条直流母线需要配备多个双端口直流断路器，但由于双端口直流断路器的成本远高于交流断路器，其高昂的投资成本已成为制约直流电网发展的瓶颈。

2、由于混合式高压直流断路器转移支路存在大量电力电子器件串并联情况，采用更多的电力电子器件，设备出现故障的可能性也会上升；同时由于使用了更多的电力电子器件，设备成本也会更高。

3、另外，直流系统不存在自然过零点，线路短路故障电流自故障发生时刻起将以数十ka/ms的速度上升，所以更快更稳的制造过零点是机械式高压直流断路器的关键。由于机械式高压直流断路器的振荡支路工作频率一般为数千赫兹，分断时每错过一次过零点则需等待下一次振荡过零，导致线路故障风险增加。

4、相关技术中，在公布号为cn114336550a的专利申请文献所公开的一种自取能多端口直流断路器及应用方法中，通过共用主断路器和振荡电流注入辅助关断相结合的方式，降低断路器成本，但其采用双辅助支路将分断支路并联至主支路上，电路复杂。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何在保障直流输电系统的供电安全的同时降低直流断路器的设备成本。

2、本发明通过以下技术手段解决上述技术问题的：

3、一方面，提出了一种双线路组合式直流断路器，所述直流断路器包括：分断支路、转移支路、振荡支路和耗能支路，所述耗能支路与所述振荡支路并联后的一端连接所述分断支路的一端、另一端经所述转移支路连接所述分断支路的另一端；

4、所述分断支路和所述转移支路均采用双线路且一一对应连接，所述分断支路中的一线路一串入母线；

5、所述振荡支路包括依次串联的谐振电感、谐振电容器和电子触发开关，所述电子触发开关包括谐振开关v1和v2、预充电电容c0以及二极管桥式电路；

6、所述谐振开关v1的发射极接入预充电电容c0的一端及所述二极管桥式电路的一端，所述谐振开关v1的集电极接入所述谐振开关v2的发射极，所述谐振开关v2的发射极依次串联所述谐振电容器和所述谐振电感，所述二极管桥式电路的两端之间连接有电感l1和所述预充电电容c0，所述谐振开关v2的集电极接入所述电感l1和所述预充电电容c0之间。

7、进一步地，所述分断支路包括分断线路一和分断线路二，且所述分断线路一和所述分断线路二中均设置机械开关；所述转移支路包括与转移线路一和转移线路二，所述转移线路一和所述转移线路二中均设置辅助开关；

8、所述分断线路一与所述转移线路一连接，所述分断线路二与所述转移线路二连接，所述振动支路的一端接入所述分断线路一和所述分断线路二、另一端接入所述转移线路一和所述转移线路二。

9、进一步地，所述耗能支路中设置有氧化锌避雷器。

10、进一步地，所述谐振开关v1和v2采用igbt开关管；

11、所述二极管桥式电路经变压器接入交流电源。

12、进一步地，所述二极管桥式电路包括二极管d1、d2、d3和d4，二极管d1的阴极连接二极管d2的阳极，二极管d3的阴极连接二极管d4的阳极，二极管d1的阳极与二极管d3的阳极连接后接入所述预充电电容c0的一端，二极管d2的阴极与二极管d4的阴极连接后接入所述电感l1的一端；

13、所述变压器的副边的一端接入所述二极管d1与二极管d2之间、副边的另一端接入所述二极管d3与二极管d4之间。

14、第二方面，提出了一种如上所述的双线路组合式直流断路器的故障控制方法，所述方法包括：

15、在检测到所述分断支路出现故障情况或接收到分闸命令时，控制所述转移支路闭合导通所述振荡支路，所述故障情况包括正向故障和反向故障；

16、在所述振荡支路导通后，控制所述振荡支路中的谐振开关v1和谐振开关v2交替触发，产生振荡电流，使得所述分断支路过零分闸；

17、在所述分断支路过零分闸后，达到所述耗能支路动作电压时，控制所述耗能支路消耗能量并在耗能结束后完成分闸动作。

18、进一步地，在所述在检测到所述分断支路出现故障情况或接收到分闸命令时，控制所述转移支路闭合导通所述振荡支路之前，所述方法还包括：

19、触发所述振荡支路中交流电源的开关使其导通，通过变压器和二极管桥式电路对预充电电容c0进行充电；

20、充电完成后断开交流电源与变压器的连接，结束预充电操作。

21、进一步地，所述控制所述振荡支路中的谐振开关v1和谐振开关v2交替触发，产生振荡电流，使得所述分断支路过零分闸，包括：

22、控制所述电子触发开关中的谐振开关v1和谐振开关v2交替触发，导通预充电电容c0、谐振电容器和谐振电感，产生所述振荡电流；

23、基于所述振荡电流控制所述分断支路中发生故障的线路过零后，断开该故障线路中设置的机械开关；

24、向所述转移支路发出断开信号，控制辅助开关断开，实现分闸操作，其中该辅助开关为与所述分断支路中正常线路对应设置的辅助开关。

25、进一步地，所述振荡支路的电流il(t)、预充电电容c0电压谐振电容器电压uc(t)与控制谐振开关v1和谐振开关v2交替触发次数n之间的关系为：

26、

27、

28、

29、

30、

31、式中，ceq为谐振电容器与预充电电容串联后等效电容值，un，1为触发n次之后预充电电容的电压，un,2为触发n次之后谐振电容器的电压，c0'为预充电电容的电容值，c'为谐振电容器的电容值，l为谐振电感的电感值。

32、进一步地，当系统发生双线路故障时，所述方法还包括：

33、在所述振荡支路的振荡电流峰值大于两条故障分断线路短路电流之和时，则同时对两条故障分断线路进行过零分闸操作，否则，分别对每条故障线路进行过零分闸操作；

34、当两条分断线路的故障发生时间差值在设定阈值以内时，在两条分断线路中的机械开关分闸成功后，启动所述振荡支路中的电子触发开关工作，完成两条分断线路的分闸操作；

35、当两条分断线路的故障发生时间差值大于设定阈值时，在先发生故障的分断线路分闸操作完成后，响应另一分断线路的分闸操作。

36、本发明的优点在于：

37、(1)本发明提出的双线路组合式断路器中设置的振荡支路包括依次串联的谐振电感、谐振电容器和电子触发开关，其中电子触发开关模块由一对谐振开关、一个预充电电容和一套二极管全桥电路构成，与同类型断路器相比，采用了更少的电力电子器件，成本低，且振荡支路出现故障直接更换电子触发开关模块即可，更方便简洁经济；并且通过本发明设置的振荡支路可以实现一套回路结构对正向故障和反向故障情况均进行过零分合闸。

38、(2)本发明计算了电力电子器件触发次数与振荡支路电流，预充电电容谐振电容电压的关系，通过对不同故障情况(发生单线路、多故障时故障电流大小范围不同，故障位置不同故障电流上升速率亦不同)进行判断，从而给定振荡支路电力电子开关触发次数，进而实现直流断路器更快更稳的过零切换。

39、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。