一種直流分?jǐn)嘌b置及控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種直流分?jǐn)嘌b置，包括主斷路器、輔助斷路器、第一非線性電阻、第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)和第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)，其中，主斷路器和輔助斷路器分別包括至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，各個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件相互串聯(lián)，且主斷路器中功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的數(shù)量大于輔助斷路器中功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的數(shù)量，第一非線性電阻與主斷路器相互并聯(lián)，第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)和第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)分別與輔助斷路器的兩端相串聯(lián)構(gòu)成通態(tài)支路，通態(tài)支路與主斷路器相并聯(lián)。本發(fā)明還涉及基于該直流分?jǐn)嘌b置的控制方法，能夠有效為輔助斷路器的工作過(guò)程提供更加全面的保護(hù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種直流分?jǐn)嘌b置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直流分?jǐn)嘌b置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在多端高壓直流輸電系統(tǒng)中，直流分?jǐn)嗥魇侵陵P(guān)重要的設(shè)備之一。多端高壓直流輸電系統(tǒng)由于電壓等級(jí)高、線路阻抗小，一旦發(fā)生線路短路故障，將很快影響到直流輸電網(wǎng)絡(luò)和交流網(wǎng)絡(luò)，必須迅速切除故障。因此，直流分?jǐn)嗥餍枰獎(jiǎng)幼魉俣瓤?，能夠最大限度地減小故障持續(xù)時(shí)間或抑制故障電流，減小故障對(duì)交/直流輸電網(wǎng)絡(luò)的沖擊。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)主斷路器、高速機(jī)械開(kāi)關(guān)、輔助斷路器和非線性電阻耗能元件構(gòu)成混合型直流分?jǐn)嘌b置。該裝置中的輔助斷路器本身僅有較少的功率半導(dǎo)體器件串聯(lián)，僅能承受較低的分?jǐn)嚯妷?，容易因?yàn)檫^(guò)壓原因而損壞，現(xiàn)有技術(shù)中采用了一組高速機(jī)械開(kāi)關(guān)，能夠承擔(dān)較高的分?jǐn)嚯妷?，但高速機(jī)械開(kāi)關(guān)的分?jǐn)嗖⒉荒鼙ＷC一定成功，存在一定的故障率，而且輔助斷路器一端采用高速機(jī)械開(kāi)關(guān)，另一端直接與高壓線路連接，也存在一定的隱患，這種形式也不利于輔助斷路器的隔離檢修。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠有效為輔助斷路器的工作過(guò)程提供更加全面的保護(hù)的直流分?jǐn)嘌b置。
[0005]與此相應(yīng)，針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于本發(fā)明設(shè)計(jì)的直流分?jǐn)嘌b置，能夠有效為輔助斷路器的工作過(guò)程提供更加全面的保護(hù)的直流分?jǐn)嘌b置的控制方法。
[0006]本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案:本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種直流分?jǐn)嘌b置，包括主斷路器、輔助斷路器、第一非線性電阻和第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)，其中，主斷路器和輔助斷路器分別包括至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，各個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件相互串聯(lián)，且主斷路器中功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的數(shù)量大于輔助斷路器中功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的數(shù)量，第一非線性電阻與主斷路器相互并聯(lián)，第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)與輔助斷路器相互串聯(lián)；還包括第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)，第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)和第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)分別與輔助斷路器的兩端相串聯(lián)構(gòu)成通態(tài)支路，通態(tài)支路與主斷路器相并聯(lián)。
[0007]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:還包括第二非線性電阻，第二非線性電阻與所述輔助斷路器相并聯(lián)，且第二非線性電阻的動(dòng)作電壓小于所述輔助斷路器所能承受的最大電壓。
[0008]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述第一非線性電阻的動(dòng)作電壓大于所述第二非線性電阻的動(dòng)作電壓。
[0009]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件為絕緣柵極雙極型晶體管。
[0010]本發(fā)明所述一種直流分?jǐn)嘌b置采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
(1)本發(fā)明設(shè)計(jì)的直流分?jǐn)嘌b置通過(guò)在輔助斷路器的兩端串聯(lián)第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)和第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)，能夠有效為輔助斷路器的工作過(guò)程提供更加全面的保護(hù)，而且有利于輔助斷路器的隔離檢修，提高了直流分?jǐn)嘌b置整體的使用性能與維護(hù)的便捷性；
(2)本發(fā)明設(shè)計(jì)的直流分?jǐn)嘌b置中，針對(duì)輔助斷路器，設(shè)計(jì)第二非線性電阻，且第二非線性電阻的動(dòng)作電壓小于所述輔助斷路器所能承受的最大電壓，能夠有效保證了輔助斷路器工作過(guò)程的安全性，防止輔助斷路器因過(guò)壓而損壞，提高了使用壽命。
[0011]與此相應(yīng)，本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案:本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種直流分?jǐn)嘌b置的控制方法，包括正常工作模式和故障模式；其中，正常工作模式下，線路電流由所述通態(tài)支路進(jìn)行輸送；故障模式下，包括如下步驟:
步驟01.控制所述輔助斷路器的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件分?jǐn)?，線路電流切換至主斷路器進(jìn)行輸送；
步驟02.分別控制所述第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)和所述第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；
步驟03.控制所述主斷路器的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件分?jǐn)啵€路電流切換至所述第一非線性電阻，由所述第一非線性電阻將故障電流產(chǎn)生的電能以熱能的方式消耗。
[0012]本發(fā)明所述一種直流分?jǐn)嘌b置的控制方法采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
(1)本發(fā)明設(shè)計(jì)的直流分?jǐn)嘌b置的控制方法，通過(guò)控制第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)和所述第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，能夠及時(shí)將輔助斷路器脫離出整個(gè)直流分?jǐn)嘌b置，實(shí)現(xiàn)對(duì)輔助斷路器的保護(hù)與維護(hù)；
(2)本發(fā)明設(shè)計(jì)的直流分?jǐn)嘌b置的控制方法中，通過(guò)同時(shí)控制第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)和所述第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，使得兩個(gè)高速機(jī)械開(kāi)關(guān)平均承擔(dān)分?jǐn)嚯妷?，有效保證了高速機(jī)械開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的工作過(guò)程，提高了整個(gè)直流分?jǐn)嘌b置的工作效率。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明設(shè)計(jì)的直流分?jǐn)嘌b置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]其中，1.主斷路器，2.第一非線性電阻，3.第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)，4.第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)，5.第二非線性電阻，6.輔助斷路器。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種直流分?jǐn)嘌b置，包括主斷路器1、輔助斷路器6、第一非線性電阻2和第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)3，其中，主斷路器I和輔助斷路器6分別包括至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，各個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件相互串聯(lián)，且主斷路器I中功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的數(shù)量大于輔助斷路器6中功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的數(shù)量，第一非線性電阻2與主斷路器I相互并聯(lián)，第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)3與輔助斷路器6相互串聯(lián)；還包括第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)4，第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)3和第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)4分別與輔助斷路器6的兩端相串聯(lián)構(gòu)成通態(tài)支路，通態(tài)支路與主斷路器I相并聯(lián)。
[0017]本發(fā)明設(shè)計(jì)的直流分?jǐn)嘌b置通過(guò)在輔助斷路器6的兩端串聯(lián)第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)3和第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)4，能夠有效為輔助斷路器6的工作過(guò)程提供更加全面的保護(hù)，而且有利于輔助斷路器6的隔離檢修，提高了直流分?jǐn)嘌b置整體的使用性能與維護(hù)的便捷性。
[0018]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:還包括第二非線性電阻5，第二非線性電阻5與所述輔助斷路器6相并聯(lián)，且第二非線性電阻5的動(dòng)作電壓小于所述輔助斷路器6所能承受的最大電壓。
[0019]本發(fā)明設(shè)計(jì)的直流分?jǐn)嘌b置中，針對(duì)輔助斷路器6，設(shè)計(jì)第二非線性電阻5，且第二非線性電阻5的動(dòng)作電壓小于所述輔助斷路器6所能承受的最大電壓，能夠有效保證了輔助斷路器6工作過(guò)程的安全性，防止輔助斷路器6因過(guò)壓而損壞，提高了使用壽命。
[0020]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述第一非線性電阻2的動(dòng)作電壓大于所述第二非線性電阻5的動(dòng)作電壓。
[0021]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件為絕緣柵極雙極型晶體管。
[0022]與此相應(yīng)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種直流分?jǐn)嘌b置的控制方法，包括正常工作模式和故障模式；其中，正常工作模式下，線路電流由所述通態(tài)支路進(jìn)行輸送；故障模式下，包括如下步驟:
步驟01.控制所述輔助斷路器的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件分?jǐn)?，線路電流切換至主斷路器進(jìn)行輸送；
步驟02.分別控制所述第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)和所述第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；
步驟03.控制所述主斷路器的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件分?jǐn)啵€路電流切換至所述第一非線性電阻，由所述第一非線性電阻將故障電流產(chǎn)生的電能以熱能的方式消耗。
[0023]本發(fā)明設(shè)計(jì)的直流分?jǐn)嘌b置的控制方法，通過(guò)控制第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)3和所述第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)4斷開(kāi)，能夠及時(shí)將輔助斷路器6脫離出整個(gè)直流分?jǐn)嘌b置，實(shí)現(xiàn)對(duì)輔助斷路器6的保護(hù)與維護(hù)。
[0024]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述步驟03中，分別同時(shí)控制所述第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)3和所述第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)4斷開(kāi)。
[0025]本發(fā)明設(shè)計(jì)的直流分?jǐn)嘌b置的控制方法中，通過(guò)同時(shí)控制第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)3和所述第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)4斷開(kāi)，使得兩個(gè)高速機(jī)械開(kāi)關(guān)平均承擔(dān)分?jǐn)嚯妷?，有效保證了高速機(jī)械開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的工作過(guò)程，提高了整個(gè)直流分?jǐn)嘌b置的工作效率。
[0026]本發(fā)明設(shè)計(jì)的直流分?jǐn)嘌b置及控制方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，設(shè)計(jì)直流分?jǐn)嘌b置能夠分?jǐn)唷?00kV高壓直流輸電線路電流，電流分?jǐn)嗄芰?kA。其中，主斷路器I應(yīng)至少能夠承受400kV的分?jǐn)嚯妷?，考慮一定裕量，按照分?jǐn)?00kV設(shè)計(jì)，選擇兩個(gè)4.5kV/l.6kA的絕緣柵極雙極型晶體管并聯(lián)作為一個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，考慮在關(guān)斷時(shí)刻可能出現(xiàn)的電壓不均，對(duì)器件的耐壓設(shè)計(jì)要留有一定裕量，共需要200個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)IGBT閥組，總器件數(shù)量為400。
[0027]與主斷路器I并聯(lián)的第一非線性電阻2應(yīng)能夠?qū)⒅鲾嗦菲鱅的兩端電壓限制在600kV以下,考慮一定裕量，第一非線性電阻2選取動(dòng)作電壓為550kV的非線性電阻。
[0028]針對(duì)所述通態(tài)支路中的輔助斷路器6的設(shè)計(jì)，選擇兩個(gè)4.5kV/l.6kA的絕緣柵極雙極型晶體管并聯(lián)作為一個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，共需要兩個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，構(gòu)成一個(gè)IGBT閥組串聯(lián)連接，并與第二非線性電阻5并聯(lián)連接，第二非線性電阻5的動(dòng)作電壓小于所述輔助斷路器6所能承受的最大電壓，考慮一定裕量，第二非線性電阻5選取動(dòng)作電壓為3.5kV的非線性電阻。
[0029]通態(tài)支路中的第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)3和所述第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)4共同分擔(dān)600kV的分?jǐn)嚯妷?，考慮一定裕量，每個(gè)高速機(jī)械開(kāi)關(guān)應(yīng)能夠承受350kV的分?jǐn)嚯妷骸?br> [0030]本發(fā)明設(shè)計(jì)的直流分?jǐn)嘌b置的控制方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，包括正常工作模式和故障模式；其中，正常工作模式下，線路電流由所述通態(tài)支路進(jìn)行輸送；故障模式下，按照如下操作順序執(zhí)行:
步驟01.當(dāng)產(chǎn)生直流故障電流時(shí)，控制所述輔助斷路器6的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件分?jǐn)?，輔助斷路器6兩端的壓降升高，達(dá)到主斷路器I的導(dǎo)通壓降后，線路電流被切換至主斷路器I進(jìn)行輸送；
步驟02.分別同時(shí)控制所述第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)3和所述第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)4斷開(kāi)，將輔助斷路器6從整個(gè)直流分?jǐn)嘌b置中完全隔離出來(lái)，以防止分?jǐn)嘀鲾嗦菲鱅產(chǎn)生的高壓降施加到輔助斷路器上。
[0031]步驟03.控制所述主斷路器I的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件分?jǐn)?，主斷路器I兩端的壓降繼續(xù)升高，即第一非線性電阻2兩端的電壓繼續(xù)升高，當(dāng)達(dá)到第一非線性電阻2的動(dòng)作電壓時(shí)，第一非線性電阻2的電阻值隨兩端電壓的升高而減小，線路電流流向第一非線性電阻2，由第一非線性電阻2對(duì)線路電流消耗，吸收能量。
[0032]在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，若沒(méi)有及時(shí)控制所述第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)3和所述第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)4斷開(kāi)時(shí)，輔助斷路器6兩端不斷升高的電壓，會(huì)損害輔助斷路器6，此時(shí)，由于還包括第二非線性電阻5，第二非線性電阻5與所述輔助斷路器6相并聯(lián)，且第二非線性電阻5的動(dòng)作電壓小于所述輔助斷路器6所能承受的最大電壓，當(dāng)輔助斷路器6兩端的電壓不斷升高，達(dá)到第二非線性電阻5的動(dòng)作電壓時(shí)，第二非線性電阻5開(kāi)始工作，第二非線性電阻5的電阻隨輔助斷路器6兩端的電壓升高而減小，線路電流流向第二非線性電阻5，由第二非線性電阻5對(duì)線路電流消耗，進(jìn)行隔離，從而保護(hù)了輔助斷路器6，防止輔助斷路器6因兩端電壓過(guò)高而損壞。
[0033]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種直流分?jǐn)嘌b置，包括主斷路器、輔助斷路器、第一非線性電阻和第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)，其中，主斷路器和輔助斷路器分別包括至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，各個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件相互串聯(lián)，且主斷路器中功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的數(shù)量大于輔助斷路器中功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的數(shù)量，第一非線性電阻與主斷路器相互并聯(lián)，第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)與輔助斷路器相互串聯(lián)；其特征在于:還包括第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)，第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)和第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)分別與輔助斷路器的兩端相串聯(lián)構(gòu)成通態(tài)支路，通態(tài)支路與主斷路器相并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種直流分?jǐn)嘌b置，其特征在于:還包括第二非線性電阻，第二非線性電阻與所述輔助斷路器相并聯(lián)，且第二非線性電阻的動(dòng)作電壓小于所述輔助斷路器所能承受的最大電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種直流分?jǐn)嘌b置，其特征在于:所述第一非線性電阻的動(dòng)作電壓大于所述第二非線性電阻的動(dòng)作電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種直流分?jǐn)嘌b置，其特征在于:所述功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件為絕緣柵極雙極型晶體管。
5.一種基于權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述直流分?jǐn)嘌b置的控制方法，其特征在于，控制方法包括正常工作模式和故障模式；其中，正常工作模式下，線路電流由所述通態(tài)支路進(jìn)行輸送；故障模式下，包括如下步驟:步驟01.控制所述輔助斷路器的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件分?jǐn)?，線路電流切換至主斷路器進(jìn)行輸送；步驟02.分別控制所述第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)和所述第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)斷開(kāi)步驟03.控制所述主斷路器的功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件分?jǐn)?，線路電流切換至所述第一非線性電阻，由所述第一非線性電阻將故障電流產(chǎn)生的電能以熱能的方式消耗。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種直流分?jǐn)嘌b置的控制方法，其特征在于:所述步驟03中，分別同時(shí)控制所述第一高速機(jī)械開(kāi)關(guān)和所述第二高速機(jī)械開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。
【文檔編號(hào)】H02H3/08GK103441468SQ201310370566
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】楊浩, 曹冬明, 王宇, 楊兵, 石巍, 呂瑋, 劉為群, 方太勛 申請(qǐng)人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 常州博瑞電力自動(dòng)化設(shè)備有限公司