本發(fā)明涉及一種直流斷路器技術(shù)，具體涉及一種高電壓大電流復(fù)合注入的直流斷路器合成試驗電路和方法。

背景技術(shù)：

直流斷路器主要用于分?jǐn)嗷蜷]合直流系統(tǒng)中的額定電流和短路故障電流。相較于交流輸電系統(tǒng)，由于直流系統(tǒng)電流沒有自然過零點，使得直流電流的分?jǐn)鄼C理與交流分?jǐn)啻嬖诒举|(zhì)差異。混合式高壓直流斷路器兼顧了機械式斷路器低通態(tài)損耗和固態(tài)式斷路器高分?jǐn)嗨俣鹊募夹g(shù)特點，成為直流斷路器研究的熱點。

分?jǐn)嘈阅苁侵绷鲾嗦菲髯钪匾阅苤?，直流故障短路電流遠大于額定電流，系統(tǒng)儲存能量大，完成分?jǐn)嚯y度高。若故障電流幅值超出直流斷路器最大分?jǐn)嚯娏?、暫態(tài)分?jǐn)嚯妷撼鱿拗?，斷路器分?jǐn)嗪笃诔惺艿拈L時間平臺電壓超出斷路器的絕緣耐受能力時，直流斷路器將無法完成開斷。

直流斷路器高電壓、大電流應(yīng)用特點使其難以直接在實際系統(tǒng)開展試驗。為了降低試驗容量，需要采用替代實際系統(tǒng)的試驗電路復(fù)現(xiàn)直流斷路器實際運行工況。而試驗電路是否能夠產(chǎn)生與實際工況相同效果，即試驗是否具備等效性，決定了試驗電路的是否有意義。

目前，國際上尚無公認的直流斷路器試驗標(biāo)準(zhǔn)。文獻《高壓直流開關(guān)試驗回路等價性》設(shè)計了用于高壓直流轉(zhuǎn)化開關(guān)的分?jǐn)嘣囼灧椒ǎ邏褐绷鬓D(zhuǎn)換開關(guān)用于常規(guī)直流輸電中直流極線的切換，不能分?jǐn)喙收想娏鳎幱诘仉娢?，且為機械式直流開關(guān)。由于混合式直流斷路器可分?jǐn)喙收想娏鳎幱诟唠娢?，分?jǐn)嘣砼c機械式存在很大差別，高壓直流轉(zhuǎn)換開關(guān)的試驗方法不能直接應(yīng)用與混合式高壓直流斷路器。

ABB在文獻“Hybrid HVDC breaker-A solution for future HVDC system”中提出針對80kV混合式斷路器模塊設(shè)計了電容儲能的低電壓、大電流源試驗電路來開展分?jǐn)嘣囼灐Ｔ撛囼灧? 法能夠?qū)旌鲜礁邏褐绷鲾嗦菲鞣謹(jǐn)噙^程中電流應(yīng)力和暫態(tài)電壓進行測試，但不能對斷路器的耐受平臺電壓能力進行測試。

Alstom在文獻“Development and test of a 120kV direct current circuit breaker”中針對混合式高壓直流斷路器提出了雙電流源復(fù)合注入的試驗方法。但該方法只能對斷路器的正常負荷電流通流能力和故障電流分?jǐn)嗄芰M行考核，無法對斷路器的耐受平臺電壓能力進行考核。

現(xiàn)有針對混合式高壓直流斷路器的試驗方法只能對斷路器的分?jǐn)嚯娏髂芰M行考核，不能對斷路器分?jǐn)嗪笃谄脚_電壓耐受能力進行考核，試驗考核不全面。而在實際工況下，進行短路故障電流分?jǐn)嘣囼?，成本高，試驗難度大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高電壓大電流復(fù)合注入的直流斷路器合成試驗電路和方法，對混合式高壓直流斷路器的分?jǐn)嚯娏髂芰推脚_電壓耐受能力進行全面考核。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種高電壓大電流復(fù)合注入的直流斷路器合成試驗電路，所述直流斷路器為混合式高壓直流斷路器；所述電路包括大電流試驗回路、混合式高壓直流斷路器和高電壓試驗回路；所述大電流試驗回路和高電壓試驗回路均與混合式高壓直流斷路器并聯(lián)。

所述大電流試驗回路和高電壓試驗回路均與混合式高壓直流斷路器并聯(lián)，形成正極公共連接點和負極公共連接點，所述負極公共連接點接地。

所述大電流試驗回路包括第一充電電源、機械隔離開關(guān)K₁、低壓電容C₁、第一電感L₁和第一晶閘管閥T₁；

所述機械隔離開關(guān)K₁的一端連接第一充電電源，其另一端連接第一電感L₁和低壓電容C₁，所述第一電感L₁的另一端連接第一晶閘管閥T₁，所述第一晶閘管閥T₁的另一端連接正極公共連接點，所述第一充電電源的另一端和低壓電容C₁的另一端均連接負極公共連接點。

所述高電壓試驗回路包括第二充電電源、機械隔離開關(guān)K₂、高壓電容C₂、第二電感L₂和第二晶閘管閥T₂；

所述機械隔離開關(guān)K₂的一端連接第二充電電源，其另一端連接第二電感L₂和高壓電容C₂，所述第二電感L₂的另一端連接第二晶閘管閥T₂，所述第二晶閘管閥T₂的另一端連接正極公共連接點，所述第二充電電源的另一端和高壓電容C₂的另一端均連接負極公共連接點。

所述低壓電容C₁的容值大于高壓電容C₂的容值，所述第二電感L₂的感值大于第一電感L₂的感值。

所述第一晶閘管閥T₁和第二晶閘管閥T₂均由多個晶閘管串聯(lián)構(gòu)成。

所述混合式高壓直流斷路器包括快速機械開關(guān)、主支路半導(dǎo)體開關(guān)、轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)和避雷器；

所述快速機械開關(guān)與主支路半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)后，與轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)、避雷器分別并聯(lián)。

所述混合式高壓直流斷路器包括快速機械開關(guān)、轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)和避雷器；

所述快速機械開關(guān)和轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)均與避雷器并聯(lián)。

本發(fā)明還提供一種采用所述的直流斷路器合成試驗電路進行高電壓大電流復(fù)合注入的直流斷路器合成試驗方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：在與混合式高壓直流斷路器串聯(lián)且靠近負極公共連接點的線路上安裝電流傳感器，并在混合式高壓直流斷路器靠近正極公共連接點的線路上安裝電壓傳感器；所述電流傳感器采用全光纖電流傳感器、分流器或羅氏線圈；所述電壓傳感器采用阻容分壓器；

步驟2：混合式高壓直流斷路器上電，其處于閉合狀態(tài)，即混合式高壓直流斷路器中的快速機械開關(guān)、主支路半導(dǎo)體開關(guān)、轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)均處于閉合狀態(tài)；

步驟3：t₀時刻，閉合大電流試驗回路中的機械隔離開關(guān)K₁和高電壓試驗回路中的機械隔離開關(guān)K₂；

步驟4：t₁時刻，啟動大電流試驗回路中的第一充電電源和高電壓試驗回路中的第二充電電源，第一充電電源和第二充電電源分別對低壓電容C₁和高壓電容C₂充電；

步驟5：t₂時刻，低壓電容C₁和高壓電容C₂充電完成后，斷開機械隔離開關(guān)K₁和機械隔離開關(guān)K₂；

步驟6：t₃時刻，觸發(fā)第一晶閘管閥T₁，低壓電容C₁經(jīng)過第一電感L₁放電，流過混合式 高壓直流斷路器的電流迅速上升；

步驟7：t₄時刻，關(guān)斷主支路半導(dǎo)體開關(guān)；

步驟8：t₅時刻，快速機械開關(guān)電流下降到零，斷開快速機械開關(guān)；

步驟9：t₆時刻，觸發(fā)第二晶閘管閥T₂，高壓電容C₂通過第二電感L₂放電；

步驟10：t₇時刻，關(guān)斷轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)，經(jīng)過混合式高壓直流斷路器電壓迅速上升。

本發(fā)明還提供一種采用所述的直流斷路器合成試驗電路進行高電壓大電流復(fù)合注入的直流斷路器合成試驗方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：在與混合式高壓直流斷路器串聯(lián)且靠近負極公共連接點的線路上安裝電流傳感器，并在混合式高壓直流斷路器靠近正極公共連接點的線路上安裝電壓傳感器；所述電流傳感器采用全光纖電流傳感器、分流器或羅氏線圈；所述電壓傳感器采用阻容分壓器；

步驟2：混合式高壓直流斷路器上電，其處于閉合狀態(tài)，即混合式高壓直流斷路器中的快速機械開關(guān)、轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)均處于閉合狀態(tài)；

步驟3：t₀時刻，閉合大電流試驗回路中的機械隔離開關(guān)K₁和高電壓試驗回路中的機械隔離開關(guān)K₂；

步驟4：t₁時刻，啟動大電流試驗回路中的第一充電電源和高電壓試驗回路中的第二充電電源，第一充電電源和第二充電電源分別對低壓電容C₁和高壓電容C₂充電；

步驟5：t₂時刻，低壓電容C₁和高壓電容C₂充電完成后，斷開機械隔離開關(guān)K₁和機械隔離開關(guān)K₂；

步驟6：t₃時刻，觸發(fā)第一晶閘管閥T₁，低壓電容C₁經(jīng)過第一電感L₁放電，流過混合式高壓直流斷路器的電流迅速上升；

步驟7：t₅時刻，斷開快速機械開關(guān)；

步驟8：t₆時刻，觸發(fā)第二晶閘管閥T₂，試驗電容C₂通過第二電感L₂放電；

步驟9：t₇時刻，關(guān)斷轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)，經(jīng)過混合式高壓直流斷路器電壓迅速上升。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下有益效果：

1)本發(fā)明不僅能對混合式高壓直流斷路器通路電流能力和分?jǐn)嚯娏髂芰M行考核，還能 對混合式高壓直流斷路器的平臺電壓耐受能量進行考核；

2)試驗中所需的大電流和高電壓分別由大電流試驗回路和高電壓試驗回路提供，大電流試驗回路電流大，但電壓較低，高電壓試驗回路電壓達到混合式高壓直流斷路器的額定電壓，但輸出電流小，從而減小了試驗所需能量；

3)第二晶閘管閥T₂在轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)關(guān)斷前觸發(fā)，使得高電壓試驗回路的電壓能夠在斷路器暫態(tài)過電壓結(jié)束后立即施加在斷路器上，保證了試驗電壓波形的連續(xù)；

4)本發(fā)明提供的高電壓大電流復(fù)合注入的直流斷路器合成試驗方法降低了試驗實現(xiàn)的難度和成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中高電壓大電流復(fù)合注入的直流斷路器合成試驗電路結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明實施例中1中混合式高壓直流斷路器結(jié)構(gòu)圖；

圖3是是本發(fā)明實施例中1中高電壓大電流復(fù)合注入的直流斷路器合成試驗時序圖；

圖4是是本發(fā)明實施例中1中高電壓大電流復(fù)合注入的直流斷路器合成試驗波形圖；

圖5是本發(fā)明實施例中2中混合式高壓直流斷路器結(jié)構(gòu)圖；

圖6是是本發(fā)明實施例中2中高電壓大電流復(fù)合注入的直流斷路器合成試驗時序圖；

圖7是是本發(fā)明實施例中2中高電壓大電流復(fù)合注入的直流斷路器合成試驗波形圖；

圖中，1-混合式高壓直流斷路器，2-第一充電電源，3-第二充電電源，4-快速機械開關(guān)，5-轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)，6-避雷器，7-主支路半導(dǎo)體開關(guān)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。

實施例1

實施例1提供一種高電壓大電流復(fù)合注入的直流斷路器合成試驗電路，所述直流斷路器 為混合式高壓直流斷路器；如圖1，所述電路包括大電流試驗回路、混合式高壓直流斷路器1和高電壓試驗回路；所述大電流試驗回路和高電壓試驗回路均與混合式高壓直流斷路器1并聯(lián)。

所述大電流試驗回路和高電壓試驗回路均與混合式高壓直流斷路器1并聯(lián)，形成正極公共連接點和負極公共連接點，所述負極公共連接點接地。

所述大電流試驗回路包括第一充電電源2、機械隔離開關(guān)K₁、低壓電容C₁、第一電感L₁和第一晶閘管閥T₁；

所述機械隔離開關(guān)K₁的一端連接第一充電電源2，其另一端連接第一電感L₁和低壓電容C₁，所述第一電感L₁的另一端連接第一晶閘管閥T₁，所述第一晶閘管閥T₁的另一端連接正極公共連接點，所述第一充電電源2的另一端和低壓電容C₁的另一端均連接負極公共連接點。

所述高電壓試驗回路包括第二充電電源3、機械隔離開關(guān)K₂、高壓電容C₂、第二電感L₂和第二晶閘管閥T₂；

所述機械隔離開關(guān)K₂的一端連接第二充電電源3，其另一端連接第二電感L₂和高壓電容C₂，所述第二電感L₂的另一端連接第二晶閘管閥T₂，所述第二晶閘管閥T₂的另一端連接正極公共連接點，所述第二充電電源3的另一端和高壓電容C₂的另一端均連接負極公共連接點。

所述低壓電容C₁的容值大于高壓電容C₂的容值，所述第二電感L₂的感值大于第一電感L₂的感值。

所述第一晶閘管閥T₁和第二晶閘管閥T₂均由多個晶閘管串聯(lián)構(gòu)成。

如圖2，所述混合式高壓直流斷路器1包括快速機械開關(guān)4、主支路半導(dǎo)體開關(guān)7、轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)5和避雷器6；

所述快速機械開關(guān)4與主支路半導(dǎo)體開關(guān)7串聯(lián)后，與轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)5、避雷器6分別并聯(lián)。

本發(fā)明還提供一種采用所述的直流斷路器合成試驗電路進行高電壓大電流復(fù)合注入的直流斷路器合成試驗方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：在與混合式高壓直流斷路器1串聯(lián)且靠近負極公共連接點的線路上安裝電流傳感器，并在混合式高壓直流斷路器1靠近正極公共連接點的線路上安裝電壓傳感器；所述電流傳感器采用全光纖電流傳感器、分流器或羅氏線圈；所述電壓傳感器采用阻容分壓器；

步驟2：混合式高壓直流斷路器1上電，其處于閉合狀態(tài)，即混合式高壓直流斷路器1中的快速機械開關(guān)4、主支路半導(dǎo)體開關(guān)7、轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)5均處于閉合狀態(tài)；

步驟3：t₀時刻，閉合大電流試驗回路中的機械隔離開關(guān)K₁和高電壓試驗回路中的機械隔離開關(guān)K₂；

步驟4：t₁時刻，啟動大電流試驗回路中的第一充電電源2和高電壓試驗回路中的第二充電電源3，第一充電電源2和第二充電電源3分別對低壓電容C₁和高壓電容C₂充電；

步驟5：t₂時刻，低壓電容C₁和高壓電容C₂充電完成后，斷開機械隔離開關(guān)K₁和機械隔離開關(guān)K₂；

步驟6：t₃時刻，觸發(fā)第一晶閘管閥T₁，低壓電容C₁經(jīng)過第一電感L₁放電，流過混合式高壓直流斷路器1的電流迅速上升；

步驟7：t₄時刻，關(guān)斷主支路半導(dǎo)體開關(guān)7；

步驟8：t₅時刻，快速機械開關(guān)4電流下降到零，斷開快速機械開關(guān)4；

步驟9：t₆時刻，觸發(fā)第二晶閘管閥T₂，高壓電容C₂通過第二電感L₂放電；

步驟10：t₇時刻，關(guān)斷轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)5，經(jīng)過混合式高壓直流斷路器1電壓迅速上升。

其中，t₀<t₁<t₂<t₃<t₄<t₅<t₆<t₇，第二晶閘管閥T₂在轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)關(guān)斷前觸發(fā)，使得高電壓試驗回路的電壓能夠在混合式高壓直流斷路器暫態(tài)過電壓結(jié)束后立即施加在混合式高壓直流斷路器上，保持電壓波形的連續(xù)，以達到等效實際工況的目的。

如圖3所示，通過時序配合，在混合式高壓直流斷路器分?jǐn)嘣囼炦^程中共同作用于混合式高壓直流斷路器。大電流試驗回路在混合式高壓直流斷路器分?jǐn)嘣囼炦^程中，作為大電流源，模擬實際系統(tǒng)中的短路故障電流，對混合式高壓直流斷路器的電流通流能力，電流分?jǐn)嗄芰M行考核。高電壓試驗回路在混合式高壓直流斷路器分?jǐn)嘣囼炦^程中，作為高電壓源，模擬實際系統(tǒng)中的換流站電壓，對混合式高壓直流斷路器的平臺電壓耐受能力進行考核。

實施例2

實施例2提供一種高電壓大電流復(fù)合注入的直流斷路器合成試驗電路，所述直流斷路器為混合式高壓直流斷路器；如圖1，所述電路包括大電流試驗回路、混合式高壓直流斷路器1 和高電壓試驗回路；所述大電流試驗回路和高電壓試驗回路均與混合式高壓直流斷路器1并聯(lián)。

所述大電流試驗回路和高電壓試驗回路均與混合式高壓直流斷路器1并聯(lián)，形成正極公共連接點和負極公共連接點，所述負極公共連接點接地。

所述大電流試驗回路包括第一充電電源2、機械隔離開關(guān)K₁、低壓電容C₁、第一電感L₁和第一晶閘管閥T₁；

所述機械隔離開關(guān)K₁的一端連接第一充電電源2，其另一端連接第一電感L₁和低壓電容C₁，所述第一電感L₁的另一端連接第一晶閘管閥T₁，所述第一晶閘管閥T₁的另一端連接正極公共連接點，所述第一充電電源2的另一端和低壓電容C₁的另一端均連接負極公共連接點。

所述高電壓試驗回路包括第二充電電源3、機械隔離開關(guān)K₂、高壓電容C₂、第二電感L₂和第二晶閘管閥T₂；

所述機械隔離開關(guān)K₂的一端連接第二充電電源3，其另一端連接第二電感L₂和高壓電容C₂，所述第二電感L₂的另一端連接第二晶閘管閥T₂，所述第二晶閘管閥T₂的另一端連接正極公共連接點，所述第二充電電源3的另一端和高壓電容C₂的另一端均連接負極公共連接點。

所述低壓電容C₁的容值大于高壓電容C₂的容值，所述第二電感L₂的感值大于第一電感L₂的感值。

所述第一晶閘管閥T₁和第二晶閘管閥T₂均由多個晶閘管串聯(lián)構(gòu)成。

如圖5，所述混合式高壓直流斷路器1包括快速機械開關(guān)4、轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)5和避雷器6；

所述快速機械開關(guān)4和轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)5均與避雷器6并聯(lián)。

本發(fā)明還提供一種采用所述的直流斷路器合成試驗電路進行高電壓大電流復(fù)合注入的直流斷路器合成試驗方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：在與混合式高壓直流斷路器1串聯(lián)且靠近負極公共連接點的線路上安裝電流傳感器，并在混合式高壓直流斷路器1靠近正極公共連接點的線路上安裝電壓傳感器；所述電流傳感器采用全光纖電流傳感器、分流器或羅氏線圈；所述電壓傳感器采用阻容分壓器；

步驟2：混合式高壓直流斷路器1上電，其處于閉合狀態(tài)，即混合式高壓直流斷路器1 中的快速機械開關(guān)4、轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)5均處于閉合狀態(tài)；

步驟3：t₀時刻，閉合大電流試驗回路中的機械隔離開關(guān)K₁和高電壓試驗回路中的機械隔離開關(guān)K₂；

步驟4：t₁時刻，啟動大電流試驗回路中的第一充電電源2和高電壓試驗回路中的第二充電電源3，第一充電電源2和第二充電電源3分別對低壓電容C₁和高壓電容C₂充電；

步驟5：t₂時刻，低壓電容C₁和高壓電容C₂充電完成后，斷開機械隔離開關(guān)K₁和機械隔離開關(guān)K₂；

步驟6：t₃時刻，觸發(fā)第一晶閘管閥T₁，低壓電容C₁經(jīng)過第一電感L₁放電，流過混合式高壓直流斷路器1的電流迅速上升；

步驟7：t₅時刻，斷開快速機械開關(guān)4；

步驟8：t₆時刻，觸發(fā)第二晶閘管閥T₂，試驗電容C₂通過第二電感L₂放電；

步驟9：t₇時刻，關(guān)斷轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)5，經(jīng)過混合式高壓直流斷路器1電壓迅速上升。

其中t₀<t₁<t₂<t₃<t₅<t₆<t₇，第二晶閘管閥T₂在轉(zhuǎn)移支路半導(dǎo)體開關(guān)關(guān)斷前觸發(fā)，使得高電壓試驗回路的電壓能夠在混合式高壓直流斷路器暫態(tài)過電壓結(jié)束后立即施加在斷路器上，保持電壓波形的連續(xù)，以達到等效實際工況的目的。

如圖6所示，通過時序配合，在混合式高壓直流斷路器分?jǐn)嘣囼炦^程中共同作用于混合式高壓直流斷路器。大電流試驗回路在混合式高壓直流斷路器分?jǐn)嘣囼炦^程中，作為大電流源，模擬實際系統(tǒng)中的短路故障電流，對混合式高壓直流斷路器的電流通流能力，電流分?jǐn)嗄芰M行考核。高電壓試驗回路在混合式高壓直流斷路器分?jǐn)嘣囼炦^程中，作為高電壓源，模擬實際系統(tǒng)中的換流站電壓，對混合式高壓直流斷路器的平臺電壓耐受能力進行考核。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參照上述實施例依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。