專利名稱：一種串入電容式高壓直流斷路器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)斷路器，具體涉及一種串入電容式高壓直流斷路器及其控制方法。
背景技術(shù)：
高壓直流斷路器在基于IGBT的多端柔性直流輸電及直流電網(wǎng)系統(tǒng)中有著廣泛地應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的交流斷路器主要是應(yīng)用交流電流在每個周期內(nèi)的兩個電流零點(diǎn)來熄滅電弧，從而開斷電流，而在直流系統(tǒng)中不存在自然過零點(diǎn)，因此高壓直流斷路器開斷電流的困難在于如何快速熄滅電弧。直流斷路器一般由轉(zhuǎn)換開關(guān)、轉(zhuǎn)換電路和耗能器三部分組成，如圖1所示。其主要開斷時序?yàn)?分閘時，電流先從轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換電路，然后轉(zhuǎn)入耗能器耗散能量以耗散直流系統(tǒng)里的殘余能量，最后使直流回路斷開。而現(xiàn)有的直流斷路器采用斷路器的電弧負(fù)阻特性與輔助支路電容電感諧振，從而在機(jī)械開關(guān)上制造過零點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?，并且現(xiàn)有的直流斷路器有諧振支路，有電弧，輔助支路電容電感容易產(chǎn)生諧振。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種串入電容式高壓直流斷路器及其控制方法，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)機(jī)械開關(guān)不起電弧，實(shí)現(xiàn)無弧分?jǐn)?，運(yùn)用避雷器使能量泄放，從而實(shí)現(xiàn)快速熄滅電弧，切斷故障電流。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):本發(fā)明提供一種串入電容式高壓直流斷路器，所述斷路器包括串聯(lián)的直流斷路器單元，每個所述直流斷路器單元包括并聯(lián)的轉(zhuǎn)換開關(guān)、轉(zhuǎn)換電路和耗能器，其改進(jìn)之處在于，所述轉(zhuǎn)換開關(guān)采用機(jī)械開關(guān)；所述轉(zhuǎn)換電路采用阻容支路，所述耗能器采用避雷器；所述高壓直流斷路器與控制電路連接，所述控制電路用于控制機(jī)械開關(guān)的關(guān)斷、控制阻容支路實(shí)現(xiàn)故障電流轉(zhuǎn)移，并抑制機(jī)械開關(guān)兩端電壓以及控制避雷器的能量泄放。其中，所述阻容支路包括串聯(lián)的電容器和電阻；所述電容器和電阻并聯(lián)在機(jī)械開關(guān)兩端。其中，所述電阻與二極管并聯(lián)。其中，并聯(lián)在機(jī)械開關(guān)兩端的電容器在機(jī)械開關(guān)斷開時，使機(jī)械開關(guān)兩端電壓始終低于其相應(yīng)開距的起弧電壓，實(shí)現(xiàn)機(jī)械開關(guān)的無弧斷開；所述電阻用于機(jī)械開關(guān)分閘后抑制電容器與所安裝直流斷路器的電力系統(tǒng)電抗之間的諧振；二極管用于故障電流轉(zhuǎn)移到阻容支路時短路電阻，并消除電容器和系統(tǒng)電抗之間的振蕩；避雷器用于限制高壓直流斷路器兩端電壓。其中，所述機(jī)械開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)快速無弧斷開。其中，所述控制電路采用控制器。其中，所述耗能器或采用可調(diào)電阻。
本發(fā)明基于另一目的提供的一種串入電容式高壓直流斷路器控制方法，其改進(jìn)之處在于，所述控制方法包括下述步驟:(I)機(jī)械開關(guān)檢測到故障電流，并在Tl時刻動作，將故障電流轉(zhuǎn)移到阻容支路中；(2)所述故障電流為阻容支路中的電容器充電，控制電路控制機(jī)械開關(guān)斷開，在機(jī)械開關(guān)斷開T2時刻前，電容器兩端的充電電壓始終低于機(jī)械開關(guān)斷口間的起弧電壓；(3)所述電容器兩端電壓達(dá)到避雷器動作電壓時，在T3時刻控制電路控制避雷器動作，能量從避雷器泄放。其中，所述Tl為在故障發(fā)生后1ms，所述T2與Tl相差2ms，所述T3與T2相差1ms。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是:1、本發(fā)明提供的串入電容式高壓直流斷路器及其控制方法，能滿足快速切斷故障電流需求，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械開關(guān)的無弧分?jǐn)?，控制方法簡單易操作且功能全面?、本發(fā)明利用電容器充電電壓上升的速率始終比機(jī)械開關(guān)介質(zhì)恢復(fù)電壓速率低，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械開關(guān)不起電弧，實(shí)現(xiàn)無弧分?jǐn)?，并且本拓?fù)渲袥]有諧振回路，避免了輔助支路電容電感諧振。3、本發(fā)明的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計兩斷口，縮短每個斷口行程距離，兩斷口同時動作時可使斷路器動作速度提高一倍，從而實(shí)現(xiàn)快速熄滅電弧，切斷故障電流。4、本發(fā)明提供的串入電容式高壓直流斷路器響應(yīng)速度快，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省成本。
圖1是直流斷路器基本原理圖；圖2是本發(fā)明提供的串入電容式高壓直流斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明提供的高壓直流斷路器控制時序圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明提供一種串入電容式高壓直流斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，斷路器包括串聯(lián)的直流斷路器單元，每個所述直流斷路器單元包括并聯(lián)的轉(zhuǎn)換開關(guān)、轉(zhuǎn)換電路和耗能器，本發(fā)明的轉(zhuǎn)換開關(guān)采用機(jī)械開關(guān)；轉(zhuǎn)換電路采用阻容支路，阻容支路包括串聯(lián)的電容器和電阻；電容器和電阻并聯(lián)在機(jī)械開關(guān)兩端，電阻與二極管并聯(lián)。耗能器采用避雷器或可調(diào)電阻；高壓直流斷路器與控制電路連接，控制電路用于控制機(jī)械開關(guān)的關(guān)斷、控制阻容支路實(shí)現(xiàn)故障電流轉(zhuǎn)移，并抑制機(jī)械開關(guān)兩端電壓以及控制避雷器的能量泄放。機(jī)械開關(guān)通過控制電路發(fā)出的電磁脈沖實(shí)現(xiàn)開通和關(guān)斷?？刂齐娐凡捎每刂破鳌４私Y(jié)構(gòu)中并聯(lián)在機(jī)械開關(guān)兩端的高壓電容器的作用是在機(jī)械開關(guān)斷開時，使機(jī)械開關(guān)兩端電壓始終低于其相應(yīng)開距的起弧電壓，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械開關(guān)的無弧斷開。電容器的選擇要同時考慮機(jī)械開關(guān)所能承受的斷口電壓和系統(tǒng)故障電流的峰值，電容器選擇過小，則不能滿足電壓要求，選擇過大，則不能滿足電流要求，因此電容器的選擇需平衡電壓和電流。具體值需要根據(jù)直流斷路器所應(yīng)用電力系統(tǒng)值來得到。電阻的作用是機(jī)械開關(guān)分閘后抑制電容與系統(tǒng)電抗之間的諧振。二極管的作用是故障電流轉(zhuǎn)移到阻容支路時短路電阻并消除電容和系統(tǒng)電抗之間的振蕩。避雷器回路的作用是限制斷路器兩端電壓。本發(fā)明還提供了串入電容式高壓直流斷路器的控制方法，具體包括下述步驟:1、故障發(fā)生時，機(jī)械開關(guān)檢測到故障電流，Tl時刻動作，轉(zhuǎn)移故障電流至阻容回路中。2、故障電流轉(zhuǎn)移到阻容支路，并為阻容支路中的電容器充電，控制電路控制機(jī)械開關(guān)斷開，在機(jī)械開關(guān)徹底斷開時間前，即T2時刻前，電容器兩端的充電電壓始終低于機(jī)械開關(guān)斷口間的起弧電壓，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械開關(guān)無弧斷開。3、當(dāng)電容器兩端電壓達(dá)到避雷器動作電壓時，即T3時刻，控制電路控制避雷器動作，能量從避雷器支路泄放。高壓直流斷路器控制時序如圖3所示。所述Tl為在故障發(fā)生后1ms，T2與Tl相差2ms，T3與T2相差1ms。整個過程實(shí)現(xiàn)了機(jī)械開關(guān)快速無弧斷開及故障電流切除，達(dá)到高壓直流斷路器的使用目的。最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種串入電容式高壓直流斷路器，所述斷路器包括串聯(lián)的直流斷路器單元，每個所述直流斷路器單元包括并聯(lián)的轉(zhuǎn)換開關(guān)、轉(zhuǎn)換電路和耗能器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換開關(guān)采用機(jī)械開關(guān)；所述轉(zhuǎn)換電路采用阻容支路，所述耗能器采用避雷器；所述高壓直流斷路器與控制電路連接，所述控制電路用于控制機(jī)械開關(guān)的關(guān)斷、控制阻容支路實(shí)現(xiàn)故障電流轉(zhuǎn)移，并抑制機(jī)械開關(guān)兩端電壓以及控制避雷器的能量泄放。
2.如權(quán)利要求1所述的串入電容式高壓直流斷路器，其特征在于，所述阻容支路包括串聯(lián)的電容器和電阻；所述電容器和電阻并聯(lián)在機(jī)械開關(guān)兩端。
3.如權(quán)利要求2所述的串入電容式高壓直流斷路器，其特征在于，所述電阻與二極管并聯(lián)。
4.如權(quán)利要求2所述的串入電容式高壓直流斷路器，其特征在于，并聯(lián)在機(jī)械開關(guān)兩端的電容器在機(jī)械開關(guān)斷開時，使機(jī)械開關(guān)兩端電壓始終低于其相應(yīng)開距的起弧電壓，實(shí)現(xiàn)機(jī)械開關(guān)的無弧斷開； 所述電阻用于機(jī)械開關(guān)分閘后抑制電容器與所安裝直流斷路器的電力系統(tǒng)電抗之間的諧振；二極管用于故障電流轉(zhuǎn)移到阻容支路時短路電阻，并消除電容器和系統(tǒng)電抗之間的振蕩；避雷器用于限制高壓直流斷路器兩端電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的串入電容式高壓直流斷路器，其特征在于，所述機(jī)械開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)快速無弧斷開。
6.如權(quán)利要求1所述的串入電容式高壓直流斷路器，其特征在于，所述控制電路采用控制器。
7.如權(quán)利要求1所述的串入電容式高壓直流斷路器，其特征在于，所述耗能器或采用可調(diào)電阻。
8.—種串入電容式高壓直流斷路器控制方法，其特征在于，所述控制方法包括下述步驟: (1)機(jī)械開關(guān)檢測到故障電流，并在Tl時刻動作，將故障電流轉(zhuǎn)移到阻容支路中； (2)所述故障電流為阻容支路中的電容器充電，控制電路控制機(jī)械開關(guān)斷開，在機(jī)械開關(guān)斷開T2時刻前，電容器兩端的充電電壓始終低于機(jī)械開關(guān)斷口間的起弧電壓； (3)所述電容器兩端電壓達(dá)到避雷器動作電壓時，在T3時刻控制電路控制避雷器動作，能量從避雷器泄放。
9.如權(quán)利要求8所述的串入電容式高壓直流斷路器控制方法，其特征在于，所述Tl為在故障發(fā)生后1ms，所述T2與Tl相差2ms，所述T3與T2相差1ms。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種串入電容式高壓直流斷路器及其控制方法，斷路器包括串聯(lián)的直流斷路器單元，每個直流斷路器單元包括并聯(lián)的轉(zhuǎn)換開關(guān)、轉(zhuǎn)換電路和耗能器，轉(zhuǎn)換開關(guān)采用機(jī)械開關(guān)；轉(zhuǎn)換電路采用阻容支路，耗能器采用避雷器；高壓直流斷路器與控制電路連接，機(jī)械開關(guān)檢測到故障電流，并在T1時刻動作，將故障電流轉(zhuǎn)移到阻容支路中；故障電流為電容器充電，控制機(jī)械開關(guān)斷開，在機(jī)械開關(guān)斷開T2時刻前，電容器兩端的充電電壓始終低于機(jī)械開關(guān)斷口間的起弧電壓；電容器兩端電壓達(dá)到避雷器動作電壓時，在T3時刻控制電路控制避雷器動作，能量從避雷器泄放。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)機(jī)械開關(guān)不起電弧，實(shí)現(xiàn)無弧分?jǐn)?，運(yùn)用避雷器使能量泄放，實(shí)現(xiàn)快速熄滅電弧，切斷故障電流。
文檔編號H02H3/087GK103117528SQ20131001800
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者劉遠(yuǎn), 曹均正, 王高勇, 羅湘 申請人:國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞電力工程有限公司, 國家電網(wǎng)公司