一种直流断路器及其控制方法和控制装置与流程

本发明涉及电力电子，具体涉及一种直流断路器及其控制方法。

背景技术：

1、现今直流输配电技术成为风光等可再生能源大规模送出消纳的有效手段，而高压直流断路器是直流输配电向更为经济灵活的网络化发展的关键设备。

2、混合式高压直流断路器采用快速机械开关和电力电子器件混合连接兼具了机械低损耗和电力电子高速开关特性，是目前高压直流断路器领域的主流技术路线。但混合式直流断路器中大规模电力电子器件的应用造成其成本高昂，混合式直流断路器的开断能力受限于电力电子器件的固有水平，同时大量的可控电力电子器件需通过额外的大容量送能装置提供工作所需能量，进一步提高了混合式直流断路器的成本和占地。

技术实现思路

1、为了克服上述缺陷，本发明提出了一种直流断路器及其控制方法。

2、第一方面，提供一种直流断路器，所述直流断路器包括：

3、第一快速机械开关、电流转移单元、电流开断单元、避雷器单元和控制模块；所述第一快速机械开关与电流转移单元串联后分别与电流开断单元和第一避雷器并联；所述控制模块，用于控制所述直流断路器进行投入运行及短路电流开断。

4、优选的，所述电流转移单元包括：相互并联的第二快速机械开关、电流转移开关和第二避雷器。

5、进一步的，所述电流转移开关包括：1个或多个串联的桥式电流转移模块。

6、进一步的，所述桥式电流转移模块包括：相互并联的第一支路、第二支路和第三避雷器；

7、所述第一支路包括：串联的第一功率管和第三二极管，所述第二支路包括：串联的第二功率管和第四二极管，所述第一功率管的第一级与第三二极管的阳级连接，作为桥式电流转移模块输入端口，所述第二功率管的第一级与第四二极管的阳级连接，作为桥式电流转移模块输出端口；

8、所述第一功率管包括：第一开关器件及与其反向并联的第一二极管，所述第二功率管包括：第二开关器件及与其反向并联的第二二极管。

9、进一步的，所述开关器件由全控电力电子器件组成。

10、优选的，所述电流开断单元包括：桥式二极管整流结构，所述桥式二极管整流结构的上桥臂中间连接点与下桥臂中间连接点之间接有电流开断开关，所述桥式二极管整流结构的下桥臂中间连接点通过充电电阻后接地。

11、进一步的，所述电流开断开关包括1个或多个串联的电流开断结构。

12、进一步的，所述电流开断结构包括：相互并联的第三功率管、取能支路和第四避雷器；所述取能支路包括串联的第五二极管和第一电容。

13、进一步的，所述电流开断结构包括：相互并联的第三开关器件、取能和注入支路和第五避雷器；

14、所述取能和注入支路包括串联的第四开关器件、第二电容和电感，所述第二电容和电感的串联支路与第五开关器件并联。

15、进一步的，所述控制模块具体用于：

16、控制直流断路器中的快速机械开关保持分闸，开关器件保持关断；

17、当所述第一电容的电流过零时，导通所述第三功率管，并闭合所述第一快速机械开关和第二快速机械开关。

18、进一步的，所述控制模块具体用于：

19、导通所述第一功率管、第二功率管、第三功率管、第一快速机械开关和第二快速机械开关；

20、当所述第二快速机械开关分闸到位后，闭锁所述第一功率管和第二功率管；

21、当第一快速机械开关的电流过零且分闸到位时，关断所述第三功率管。

22、第二方面，提供一种直流断路器的控制方法，所述直流断路器的控制方法包括：控制直流断路器中的快速机械开关保持分闸，开关器件保持关断；

23、当所述第一电容的电流过零时，导通所述第三功率管，并闭合所述第一快速机械开关和第二快速机械开关。

24、第三方面，提供一种直流断路器的控制装置，所述装置包括：

25、第一控制单元，用于控制直流断路器中的快速机械开关保持分闸，开关器件保持关断；

26、第二控制单元，用于当所述第一电容的电流过零时，导通所述第三功率管，并闭合所述第一快速机械开关和第二快速机械开关。

27、第四方面，提供一种直流断路器的控制方法，所述直流断路器的控制方法包括：导通所述第一功率管、第二功率管、第三功率管、第一快速机械开关和第二快速机械开关；

28、当所述第二快速机械开关分闸到位后，闭锁所述第一功率管和第二功率管；

29、当第一快速机械开关的电流过零且分闸到位时，关断所述第三功率管。

30、第五方面，提供一种直流断路器的控制装置，所述装置包括：

31、第三控制单元，用于导通所述第一功率管、第二功率管、第三功率管、第一快速机械开关和第二快速机械开关；

32、第四控制单元，用于当所述第二快速机械开关分闸到位后，闭锁所述第一功率管和第二功率管；

33、第五控制单元，用于当第一快速机械开关的电流过零且分闸到位时，关断所述第三功率管。

34、第六方面，提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；

35、所述处理器，用于执行一个或多个程序；

36、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现所述的直流断路器的控制方法。

37、第七方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现所述的直流断路器的控制方法。

38、本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：

39、本发明提供了一种直流断路器及其控制方法，包括：第一快速机械开关、电流转移单元、电流开断单元、避雷器单元和控制模块；所述第一快速机械开关与电流转移单元串联后分别与电流开断单元和第一避雷器并联；所述控制模块，用于控制所述直流断路器进行投入运行及短路电流开断。本发明提供的技术方案提升直流断路器开断能力和经济性，具体的：

40、本发明提供的技术方案采用快速机械开关和电力电子开关混合式电流转移单元，快速机械开关导通负荷电流损耗低，所提出的电力电子开关利用避雷器电压上升陡度大的特点，可快速建立转移电压，实现0安培至额定开断电流全电流范围的微秒级快速转移，大大提高了混合式断路器小电流开断速度。

41、本发明提供的技术方案提出了直流线路取能式电流开断单元，利用直流线路与地电位的势能差在开断单元电容中储存能量，为电流开断单元中的可控电力电子元器件提供工作所需的能量，无需采用独立的送能装置为期提供能量，大幅度减少了断路器的成本和体积。

42、本发明提供的技术方案提供了两种开断开关方案，具有根绝应用场景的最大目标开断电流灵活选择。

技术特征：

1.一种直流断路器，其特征在于，所述直流断路器包括：第一快速机械开关、电流转移单元、电流开断单元、避雷器单元和控制模块；所述第一快速机械开关与电流转移单元串联后分别与电流开断单元和第一避雷器并联；

2.如权利要求1所述的直流断路器，其特征在于，所述电流转移单元包括：相互并联的第二快速机械开关、电流转移开关和第二避雷器。

3.如权利要求2所述的直流断路器，其特征在于，所述电流转移开关包括：1个或多个串联的桥式电流转移模块。

4.如权利要求3所述的直流断路器，其特征在于，所述桥式电流转移模块包括：相互并联的第一支路、第二支路和第三避雷器；

5.如权利要求4所述的直流断路器，其特征在于，所述开关器件由全控电力电子器件组成。

6.如权利要求5所述的直流断路器，其特征在于，所述电流开断单元包括：桥式二极管整流结构，所述桥式二极管整流结构的上桥臂中间连接点与下桥臂中间连接点之间接有电流开断开关，所述桥式二极管整流结构的下桥臂中间连接点通过充电电阻后接地。

7.如权利要求6所述的直流断路器，其特征在于，所述电流开断开关包括1个或多个串联的电流开断结构。

8.如权利要求7所述的直流断路器，其特征在于，所述电流开断结构包括：相互并联的第三功率管、取能支路和第四避雷器；所述取能支路包括串联的第五二极管和第一电容。

9.如权利要求7所述的直流断路器，其特征在于，所述电流开断结构包括：相互并联的第三开关器件、取能和注入支路和第五避雷器；

10.如权利要求8所述的直流断路器，其特征在于，所述控制模块具体用于：

11.如权利要求8所述的直流断路器，其特征在于，所述控制模块具体用于：

12.一种基于权利要求8-11任一项所述的直流断路器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

13.一种基于权利要求8-11任一项所述的直流断路器的控制装置，其特征在于，所述装置包括：

14.一种基于权利要求8-11任一项所述的直流断路器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

15.一种基于权利要求8-11任一项所述的直流断路器的控制装置，其特征在于，所述装置包括：

16.一种计算机设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；

17.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如权利要求12或14中任意一项所述的直流断路器的控制方法。

技术总结
本发明涉及电力电子技术领域，具体提供了一种直流断路器及其控制方法，包括：第一快速机械开关、电流转移单元、电流开断单元、避雷器单元和控制模块；所述第一快速机械开关与电流转移单元串联后分别与电流开断单元和第一避雷器并联；所述控制模块，用于控制所述直流断路器进行投入运行及短路电流开断。本发明提供的技术方案提升直流断路器开断能力和经济性。

技术研发人员：李弸智,高冲,周万迪,张升,刘远,陈龙龙,姜广鑫,袁哲,张冲,柴宛彤
受保护的技术使用者：国网智能电网研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5