本發(fā)明涉及電力設(shè)備，特別是一種雙向直流故障開斷裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、為了使得大量的新能源能夠接入電網(wǎng)，最好的解決方法就是發(fā)展直流輸配電網(wǎng)，直流輸配電網(wǎng)較于交流電網(wǎng)其效率更高、靈活性更高、輸電距離更長等優(yōu)點(diǎn)。但因?yàn)橹绷鬏斉潆娋W(wǎng)的低阻抗因素，當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，故障電流會(huì)迅速上升，若不能及時(shí)的切除，會(huì)造成換流站的閉鎖，導(dǎo)致大規(guī)模的停電，甚至造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。

2、因?yàn)橹绷飨到y(tǒng)的低阻抗因素和電流缺乏自然過零點(diǎn)，使得對(duì)直流短路故障的無弧開斷成為一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)，所以雙向直流故障開斷裝置具有重大的研究價(jià)值和實(shí)用前景。目前對(duì)于雙向直流故障開斷裝置的研究可以分為以下三類：機(jī)械式雙向直流故障開斷裝置、全固態(tài)式雙向直流故障開斷裝置和混合式雙向直流故障開斷裝置。

3、機(jī)械式雙向直流故障開斷裝置具有低損耗的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于短路故障的響應(yīng)速度慢；全固態(tài)式雙向直流故障開斷裝置具有對(duì)于短路故障的響應(yīng)速度快，但其通態(tài)損耗高、發(fā)熱量高，需另配備價(jià)格高昂的散熱設(shè)備；

4、混合式雙向直流故障開斷裝置結(jié)合了機(jī)械式斷路器和全固態(tài)式雙向直流故障開斷裝置的優(yōu)點(diǎn)，但其響應(yīng)速度仍受限于機(jī)械開關(guān)的延遲時(shí)間；

5、改進(jìn)的混合式雙向直流故障開斷裝置在主支路中添加一個(gè)換流開關(guān)(固態(tài)開關(guān))與機(jī)械開關(guān)串聯(lián)，大幅度地提升了對(duì)于故障的響應(yīng)速度，但換流開關(guān)的通態(tài)損耗仍不可忽視；

6、常規(guī)的注入式雙向直流故障開斷裝置只在主回路中創(chuàng)造了一個(gè)電流過零點(diǎn)，需要考慮主開關(guān)的動(dòng)作延遲時(shí)間，讓主開關(guān)與電流過零點(diǎn)精確配合，所以對(duì)于主開關(guān)的控制難度較高，很難實(shí)現(xiàn)。而且目前對(duì)于雙向直流故障開斷裝置的研究通常只能開斷單向故障，不能實(shí)現(xiàn)雙向故障的無弧開斷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于全橋換流結(jié)構(gòu)的有源注入式雙向直流故障開斷裝置及其控制方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)主回路的故障電流過零點(diǎn)缺乏、主開關(guān)需要與單個(gè)故障電流過零點(diǎn)精確配合而造成的控制難度高的問題，本發(fā)明具有低損耗、響應(yīng)速度快、控制難度低、具有雙向故障反應(yīng)能力和能量回收的優(yōu)點(diǎn)。

2、鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出了本發(fā)明。

3、因此，本發(fā)明所要解決的問題在于現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)主回路的故障電流過零點(diǎn)缺乏以及主開關(guān)需要與單個(gè)故障電流過零點(diǎn)精確配合而導(dǎo)致控制難度高的問題。

4、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明其中一個(gè)目的是提供一種雙向直流故障開斷裝置，其包括，。

5、作為本發(fā)明所述雙向直流故障開斷裝置的一種優(yōu)選方案，其中：主回路單元，其包括依次串聯(lián)的第一開關(guān)、電感、電流互感器接口以及耦合變壓器副邊繞組；電壓注入單元，其包括依次連接的電源模塊、換流模塊以及耦合變壓器副邊繞組；所述電源模塊包括串聯(lián)的第一電容和第二電容，用于輸出電壓；所述換流模塊能夠改變流經(jīng)所述耦合變壓器原邊繞組的電流流向；所述耦合變壓器原邊繞組與所述耦合變壓器副邊繞組配合形成耦合變壓器。

6、作為本發(fā)明所述雙向直流故障開斷裝置的一種優(yōu)選方案，其中：所述電源模塊還包括第一全控型器件和第二全控型器件且二者互相串聯(lián)在所述第一電容和所述第二電容之間。

7、作為本發(fā)明所述雙向直流故障開斷裝置的一種優(yōu)選方案，其中：所述電源模塊還包括第一二極管和第二二極管，所述第一二極管的負(fù)極與所述第二電容的正極相連，正極與所述第一電容的負(fù)極相連；所述第二二極管的負(fù)極與所述第一全控型器件和所述第二全控型器件之間的導(dǎo)線相連，正極分別與所述第一電容的負(fù)極以及所述第一二極管的正極相連。

8、作為本發(fā)明所述雙向直流故障開斷裝置的一種優(yōu)選方案，其中：所述電源模塊還包括第二開關(guān)，所述第二開關(guān)將所述第二全控型器件短接。

9、作為本發(fā)明所述雙向直流故障開斷裝置的一種優(yōu)選方案，其中：所述換流模塊包括第三全控型器件和第五全控型器件，所述第三全控型器件第一極與所述耦合變壓器原邊繞組的一端相連，第二極與所述第二電容的正極相連；所述第五全控型器件的第一極分別與所述第一電容的正極、第一二極管的正極以及第二二極管的正極相連，第二極與所述耦合變壓器原邊繞組的另一端相連。

10、作為本發(fā)明所述雙向直流故障開斷裝置的一種優(yōu)選方案，其中：所述換流模塊還包括第四全控型器件和第六全控型器件，所述第四全控型器件的第一極分別與所述第一電容的正極、第一二極管的正極以及第二二極管的正極相連，第二極與所述耦合變壓器原邊繞組的一端相連；所述第六全控型器件的第一極與所述耦合變壓器原邊繞組的另一端相連，第二極與第二電容的正極相連。

11、本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種雙向直流故障開斷裝置的控制方法，該方法適用于上述的雙向直流故障開斷裝置，該方法包括，判斷主回路單元中是否發(fā)生故障；若發(fā)生故障，啟動(dòng)電壓注入單元為所述主回路單元注入反向電壓并使所述主回路單元中的電壓降至為零；調(diào)控電壓注入單元為主回路單元注入幅值低于故障電壓的反向電壓使得故障電壓回升；調(diào)控電壓注入單元將故障電流調(diào)制成紋波電流；完成主回路單元的無弧隔離；對(duì)電壓注入單元進(jìn)行能量回收。

12、作為本發(fā)明所述雙向直流故障開斷裝置的控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述故障包括正向短路故障和反向短路故障。

13、作為本發(fā)明所述雙向直流故障開斷裝置的控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述電壓注入單元包括第一電容和第二電容，所述第一電容和所述第二電容串聯(lián)放電，為所述主回路單元注入反向電壓以使所述主回路單元中的電壓降至為零。

14、作為本發(fā)明所述雙向直流故障開斷裝置的控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：使故障電壓回升的方法包括將所述第一電容和所述第二電容隔離，使得所述第二電容單獨(dú)放電。

15、本發(fā)明有益效果為：本發(fā)明能夠工作在故障電流快速抑制階段、多模態(tài)電壓注入階段和抑弧階段，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障電流實(shí)現(xiàn)極快的抑制至零，能夠?qū)⒐收想娏髡{(diào)制成為低幅高頻的紋波電流，能夠?yàn)槌焖贆C(jī)械開關(guān)提供零電流、低電壓的動(dòng)作時(shí)間窗口，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流故障的無弧開斷。

技術(shù)特征：

1.一種雙向直流故障開斷裝置，其特征在于：包括，

2.如權(quán)利要求1所述的雙向直流故障開斷裝置，其特征在于：所述電源模塊(201)還包括第一全控型器件(q1)和第二全控型器件(q2)且二者互相串聯(lián)在所述第一電容(c1)和所述第二電容(c2)之間。

3.如權(quán)利要求2所述的雙向直流故障開斷裝置，其特征在于：所述電源模塊(201)還包括第一二極管(d1)和第二二極管(d2)，所述第一二極管(d1)的負(fù)極與所述第二電容(c2)的正極相連，正極與所述第一電容(c1)的負(fù)極相連；所述第二二極管(d2)的負(fù)極與所述第一全控型器件(q1)和所述第二全控型器件(q2)之間的導(dǎo)線相連，正極分別與所述第一電容(c1)的負(fù)極以及所述第一二極管(d1)的正極相連。

4.如權(quán)利要求3所述的雙向直流故障開斷裝置，其特征在于：所述電源模塊(201)還包括第二開關(guān)(s2)，所述第二開關(guān)(s2)將所述第二全控型器件(q2)短接。

5.如權(quán)利要求4所述的雙向直流故障開斷裝置，其特征在于：所述換流模塊(202)包括第三全控型器件(q3)和第五全控型器件(q5)，所述第三全控型器件(q3)第一極與所述耦合變壓器原邊繞組(l1)的一端相連，第二極與所述第二電容(c2)的正極相連；所述第五全控型器件(q5)的第一極分別與所述第一電容(c1)的正極、第一二極管(d1)的正極以及第二二極管(d2)的正極相連，第二極與所述耦合變壓器原邊繞組(l1)的另一端相連。

6.如權(quán)利要求5所述的雙向直流故障開斷裝置，其特征在于：所述換流模塊(202)還包括第四全控型器件(q4)和第六全控型器件(q6)，所述第四全控型器件(q4)的第一極分別與所述第一電容(c1)的正極、第一二極管(d1)的正極以及第二二極管(d2)的正極相連，第二極與所述耦合變壓器原邊繞組(l1)的一端相連；所述第六全控型器件(q6)的第一極與所述耦合變壓器原邊繞組(l1)的另一端相連，第二極與第二電容(c2)的正極相連。

7.一種雙向直流故障開斷裝置的控制方法，其特征在于：適用于如權(quán)利要求1～6任一所述的雙向直流故障開斷裝置，方法包括，

8.如權(quán)利要求7所述的雙向直流故障開斷裝置的控制方法，其特征在于：所述故障包括正向短路故障和反向短路故障。

9.如權(quán)利要求8所述的雙向直流故障開斷裝置的控制方法，其特征在于：所述電壓注入單元(200)包括第一電容(c1)和第二電容(c2)，所述第一電容(c1)和所述第二電容(c2)串聯(lián)放電，為所述主回路單元(100)注入反向電壓以使所述主回路單元(100)中的電壓降至為零。

10.如權(quán)利要求9所述的雙向直流故障開斷裝置的控制方法，其特征在于：使故障電壓回升的方法包括將所述第一電容(c1)和所述第二電容(c2)隔離，使得所述第二電容(c2)單獨(dú)放電。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種雙向直流故障開斷裝置及其控制方法，涉及電力設(shè)備領(lǐng)域，雙向直流故障開斷裝置包括主回路單元，其包括依次串聯(lián)的第一開關(guān)、電感、電流互感器接口以及耦合變壓器副邊繞組；電壓注入單元，其包括依次連接的電源模塊、換流模塊以及耦合變壓器副邊繞組；所述電源模塊包括串聯(lián)的第一電容和第二電容；所述換流模塊能夠改變流經(jīng)所述耦合變壓器原邊繞組的電流流向；所述耦合變壓器原邊繞組與所述耦合變壓器副邊繞組配合形成耦合變壓器。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)故障電流實(shí)現(xiàn)極快的抑制至零，能夠?qū)⒐收想娏髡{(diào)制成為低幅高頻的紋波電流，能夠?yàn)槌焖贆C(jī)械開關(guān)提供零電流、低電壓的動(dòng)作時(shí)間窗口，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流故障的無弧開斷。

技術(shù)研發(fā)人員：蔡永翔,肖小兵,白浩,王揚(yáng),李巍,徐玉韜,劉通,談竹奎,徐敏,鄧松,楊煒晨,歐陽廣澤,談贏杰,王峰,張恒榮,班詩雪,要若天,周忠強(qiáng),徐常,張彥,張?jiān)?袁小清
受保護(hù)的技術(shù)使用者：貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19