一種10kV配電網(wǎng)混合式高壓直流斷路器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于lokv直流配電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的直流斷路器領(lǐng)域，設(shè)及一種基于快速機(jī)械 開關(guān)和電力電子固態(tài)開關(guān)的混合直流斷路器，主要考慮快速機(jī)械開關(guān)和電力電子固態(tài)開關(guān) 的配合問題，設(shè)及到機(jī)械開關(guān)斷口的設(shè)計(jì)和電力電子固態(tài)開關(guān)的設(shè)計(jì)，W及開斷過程原理 和能量吸收過程。
【背景技術(shù)】
[0002] 面對經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，用戶對電力系統(tǒng)提出了更加環(huán)境友好、安全可靠、優(yōu)質(zhì) 經(jīng)濟(jì)并支持用戶與電網(wǎng)雙向互動(dòng)等要求。隨著城市規(guī)模的迅速增長、分布式能源的不斷發(fā) 展，W及電力負(fù)荷種類的增加，電壓等級(jí)為lOkV的直流配電系統(tǒng)在較大容量的電力傳輸、 分布式能源接入、提供交流系統(tǒng)的無功補(bǔ)償?shù)确矫骘@示出明顯的優(yōu)勢，成為現(xiàn)階段直流系 統(tǒng)，尤其是柔性直流系統(tǒng)，在城市電網(wǎng)供用電應(yīng)用方面的重要領(lǐng)域。除此之外，基于直流的 配電網(wǎng)還可W快速獨(dú)立地控制有功、無功，隔離交流電網(wǎng)故障的傳播，改善傳統(tǒng)交流配電網(wǎng) 容易產(chǎn)生的諧波污染、電壓間斷、波形閃變等電能質(zhì)量問題。因此，研究具有安全可靠、經(jīng)濟(jì) 穩(wěn)定的直流配電網(wǎng)具有巨大的市場價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對于整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、靈活性和 智能性也有重要的意義，未來直流配電系統(tǒng)的前景十分廣闊。
[0003] 目前，在lOkV直流配電系統(tǒng)中，主要通過閉鎖換流器或開斷交流斷路器來切除直 流故障電流。若采用現(xiàn)有方法應(yīng)用到直流配電網(wǎng)中，整個(gè)直流配電系統(tǒng)將短時(shí)停運(yùn)，并對并 聯(lián)運(yùn)行的交流系統(tǒng)造成巨大沖擊，嚴(yán)重降低系統(tǒng)供電的可靠性；而對于高壓輸電線路，由于 切除故障的局限性，通常只能采用點(diǎn)對點(diǎn)的方式。如能在直流配電系統(tǒng)中應(yīng)用ms極大電流 開斷能力的直流斷路器，快速切除直流設(shè)備或直流支路的故障，則可W保證直流配電系統(tǒng) 非故障部分的穩(wěn)定運(yùn)行，極大的提高可靠性；點(diǎn)對點(diǎn)直流輸電線路也可擴(kuò)展為直流輸電網(wǎng)， 為分布式能源的大規(guī)模接入提供便利。
[0004] lOkV直流配電系統(tǒng)中的故障電流開斷主要有W下困難：
[0005] 一、由于直流系統(tǒng)中電流不存在自然過零點(diǎn)，若采用傳統(tǒng)的交流斷路器開斷直流， 滅弧十分困難；
[0006] 二、開斷直流電流后，會(huì)產(chǎn)生很大的過電壓，同時(shí)直流系統(tǒng)中存儲(chǔ)的大量能量需要 被吸收；
[0007] =、直流系統(tǒng)中故障電流將在幾毫秒內(nèi)迅速上升，故直流斷路器需要在毫秒級(jí)迅 速動(dòng)作，在電流到達(dá)峰值前切斷故障，W防止故障擴(kuò)散、設(shè)備損壞甚至直流系統(tǒng)解列。
[000引傳統(tǒng)的機(jī)械式交流斷路器分合閩時(shí)間為幾十至上百ms，開斷時(shí)間長，不能滿足快 速開斷直流故障電流的需求。傳統(tǒng)機(jī)械式的斷路器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有直流系統(tǒng)開斷故障電 流的要求。
[0009] 隨著電力電子技術(shù)和快速機(jī)械開關(guān)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有滿足直流系統(tǒng)開斷要求的斷 路器主要有=種方案：基于快速機(jī)械開關(guān)的人工過零點(diǎn)斷路器、基于電力電子技術(shù)的固態(tài) 斷路器、基于電力電子技術(shù)和快速機(jī)械開關(guān)技術(shù)的自然換流型混合式斷路器。將=種方案 同之前所述的傳統(tǒng)機(jī)械式斷路器性能作比較，如下表1所示：
[0010] 表1四種直流斷路器優(yōu)缺點(diǎn)比較
[0011]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種適IOkV配電網(wǎng)混合式高壓直流斷路器，其特征在于，所述混合式高壓直流斷路 器是基于自然換流式混合直流斷路器，所述混合式高壓直流斷路器由主電流支路、主斷路 器支路和過電壓保護(hù)及能量吸收支路及測量控制系統(tǒng)組成，該三條支路相互并聯(lián)，該測量 控制系統(tǒng)分別與三條支路相連，用以控制三條支路的工作時(shí)序。
2. 如權(quán)利要求1所述的混合式高壓直流斷路器，其特征在于，所述主電流支路由高速 機(jī)械開關(guān)FCB組成。
3. 如權(quán)利要求2所述的混合式高壓直流斷路器，其特征在于，所述高速機(jī)械開關(guān)由操 動(dòng)機(jī)構(gòu)和真空滅弧室構(gòu)成。
4. 如權(quán)利要求1所述的混合式高壓直流斷路器，其特征在于，所述主斷路器支路由多 個(gè)電力電子器件串聯(lián)，每個(gè)電力電子器件并聯(lián)有動(dòng)態(tài)均壓元件、靜態(tài)均壓元件和過電壓保 護(hù)元件，用來開斷電流。
5. 如權(quán)利要求4所述的混合式高壓直流斷路器，其特征在于，所述電力電子器件采用 IGCT、IEGT、IGBT之中的任一種大功率電力電子器件；所述動(dòng)態(tài)均壓元件用于避免因器件 本身和驅(qū)動(dòng)信號(hào)的不一致造成的單個(gè)電力電子器件過電壓過大而受損傷，所述動(dòng)態(tài)均壓元 件采用RC、RCD電力電子技術(shù)中常用的動(dòng)態(tài)均壓元器件；所述靜態(tài)均壓元件，主要用于平衡 串聯(lián)器件間在關(guān)斷狀態(tài)下漏電流不均勻，采用電阻值遠(yuǎn)小于所述電力電子器件阻斷電阻的 功率電阻；所述過電壓保護(hù)元件采用避雷器構(gòu)成。
6. 如權(quán)利要求1所述的混合式高壓直流斷路器，其特征在于，所述過電壓限制和能量 吸收支路由避雷器組成，用于吸收開關(guān)關(guān)斷后線路中的剩余能量和限制開關(guān)承受的過電 壓。
7. 如權(quán)利要求2所述的混合式高壓直流斷路器，其特征在于，所述測量控制系統(tǒng)包括 多個(gè)電流傳感器，多個(gè)電壓傳感器，多個(gè)位移傳感器以及由信號(hào)調(diào)理電路、AD采樣電路、 處理器和人機(jī)交互界面組成的測量信號(hào)處理單元；其中，電流傳感器分別串聯(lián)系在斷路器 模塊的信號(hào)輸入端及各支路的信號(hào)輸入端；電壓傳感器分別與主電流支路的高速機(jī)械開關(guān) FCB、每個(gè)電力電器件并聯(lián)，以及與過電壓限制和能量吸收支路并聯(lián)；所述位移傳感器安裝 在FCB處，用于測量FCB的斷口分?jǐn)嗑嚯x。
8. 如權(quán)利要求7所述的混合式高壓直流斷路器，其特征在于，所述信號(hào)處理單元通過 信號(hào)線與各傳感器相連，接收傳感器信號(hào)的信號(hào)線，信號(hào)處理單元的信號(hào)調(diào)理電路、高速 AD、處理器和人機(jī)交互界面依次相連；所述處理器根據(jù)經(jīng)過調(diào)理、AD轉(zhuǎn)換得到的電流數(shù)據(jù)， 計(jì)算電路電流幅值和變化率di/dt，判斷故障電流是否發(fā)生，從而控制斷路器動(dòng)作。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種10kV配電網(wǎng)混合式高壓直流斷路器，屬于10kV直流配電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的直流斷路器領(lǐng)域，該所述直流斷路器由主電流支路、主斷路器支路和過電壓保護(hù)及能量吸收支路及測量控制系統(tǒng)組成,該三條支路相互并聯(lián),該測量控制系統(tǒng)分別與三條支路相連,用以控制三條支路的工作時(shí)序。本發(fā)明的斷路器不需要有源器件如充電電容器輔助過零，控制簡單，可靠性較高,以滿足我國直流輸電網(wǎng)和直流配電網(wǎng)對直流斷路器的需求。
【IPC分類】H02H7-26
【公開號(hào)】CN104810807
【申請?zhí)枴緾N201510155603
【發(fā)明人】陳名, 黎小林, 曾嶸, 余占清, 呂綱, 陳政宇, 朱童, 張翔宇, 孫為民
【申請人】南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 清華大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月2日