一種雙向混合式直流斷路器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)故障保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙向混合式直流斷路器，以及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]直流電力系統(tǒng)因其顯著的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在船舶、礦山、軌道交通以及新能源發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。隨著直流電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展以及用戶(hù)日益嚴(yán)格的電能質(zhì)量要求，傳統(tǒng)的機(jī)械斷路器難以滿(mǎn)足現(xiàn)代大容量直流電網(wǎng)保護(hù)的特殊需求，迫切需要能夠快速可靠分?jǐn)嘀绷麟娐返男滦捅Ｗo(hù)設(shè)備。
[0003]采用純半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的直流固態(tài)斷路器，如圖1所示，利用全控型半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)長(zhǎng)期通流以及故障電流分?jǐn)啵哂袩o(wú)弧快速分?jǐn)嘀绷麟娏鞯膬?yōu)點(diǎn)，然而其分?jǐn)嗄芰^低，且系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行損耗過(guò)大。
[0004]混合式斷路器同時(shí)包含機(jī)械開(kāi)關(guān)和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，兼?zhèn)錂C(jī)械開(kāi)關(guān)良好的靜態(tài)性能和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性。
[0005]由快速機(jī)械開(kāi)關(guān)和LC強(qiáng)迫換流電路構(gòu)成的零電流開(kāi)關(guān)，如圖2所示，在系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，通過(guò)預(yù)充電電容放電將故障電流轉(zhuǎn)移至LC換流電路，實(shí)現(xiàn)機(jī)械開(kāi)關(guān)電流過(guò)零分?jǐn)?。由于大電流分?jǐn)噙^(guò)程中機(jī)械開(kāi)關(guān)電流過(guò)零時(shí)的di/dt很高，導(dǎo)致弧后介質(zhì)難以快速恢復(fù)，因此零電流開(kāi)關(guān)大電流分?jǐn)嗫煽啃暂^低。
[0006]由快速機(jī)械開(kāi)關(guān)和可關(guān)斷半導(dǎo)體器件(IGBT等)構(gòu)成的零電壓開(kāi)關(guān)，如圖3所示，利用機(jī)械開(kāi)關(guān)分?jǐn)鄷r(shí)產(chǎn)生的電弧，迫使電流向半導(dǎo)體器件中轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)機(jī)械開(kāi)關(guān)電流過(guò)零分?jǐn)?。由于電弧電壓較低、可關(guān)斷半導(dǎo)體器件通態(tài)壓降較大，通常要求轉(zhuǎn)移回路之間緊密耦合以減小雜散電感，實(shí)現(xiàn)故障電流的快速轉(zhuǎn)移。當(dāng)因電路設(shè)計(jì)不合理使電流轉(zhuǎn)移時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，最終轉(zhuǎn)移至半導(dǎo)體器件中的短路電流很大，可能超過(guò)半導(dǎo)體器件的關(guān)斷能力，導(dǎo)致斷路器分?jǐn)嗍　?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的之一是提供一種結(jié)合快速機(jī)械開(kāi)關(guān)和晶閘管、同時(shí)包含零電壓和零電流混合式分?jǐn)嗨枷氲碾p向混合式直流斷路器。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種雙向混合式直流斷路器，包括主電流電路、零電壓電路、零電流電路、能量吸收電路、系統(tǒng)接線(xiàn)端J1和J2，所述的主電流電路、零電壓電路、零電流電路和能量吸收電路并聯(lián)，并聯(lián)電路的第一聯(lián)結(jié)端與所述的系統(tǒng)接線(xiàn)端J1連接，并聯(lián)電路的第二聯(lián)結(jié)端與所述的系統(tǒng)接線(xiàn)端J2連接；所述的主電流電路包括機(jī)械開(kāi)關(guān)S，所述的機(jī)械開(kāi)關(guān)S是基于電磁斥力原理實(shí)現(xiàn)的快速機(jī)械開(kāi)關(guān)；所述的零電壓電路包括反向并聯(lián)以實(shí)現(xiàn)雙向通流功能的晶閘管T1和T2 ;所述的零電流電路包括由預(yù)充電電容C、電感L和晶閘管橋構(gòu)成的雙向脈沖電流電路；所述的晶閘管橋是由晶閘管T3、T4、T5和T6構(gòu)成的橋式電路，所述的晶閘管T5和T6的聯(lián)結(jié)端作為橋式電路的直流側(cè)正極，所述的晶閘管T3和T4的聯(lián)結(jié)端作為橋式電路的直流側(cè)負(fù)極，所述的晶閘管T3和T5的聯(lián)結(jié)端作為橋式電路的第一交流端，所述的晶閘管T4和T6的聯(lián)結(jié)端作為橋式電路的第二交流端；所述的電容c和電感L串聯(lián)形成的串聯(lián)電路跨接在晶丨?管橋的直流側(cè)，所述的電容C的一端與所述的橋式電路的直流側(cè)負(fù)極相連，作為預(yù)充電電壓的正極，所述的電感L的一端與所述的橋式電路的直流側(cè)正極相連；所述的橋式電路的第一交流端與所述的并聯(lián)電路的第一聯(lián)結(jié)端連接，所述的橋式電路的第二交流端與所述的并聯(lián)電路的第二聯(lián)結(jié)端連接；所述的能量吸收電路包括金屬氧化物壓敏電阻MOV。
[0009]本發(fā)明的目的之二是提供一種雙向混合式直流斷路器的控制方法。
[0010]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
一種雙向混合式直流斷路器的控制方法，步驟如下:
a)、系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，直流電流完全由機(jī)械開(kāi)關(guān)S承擔(dān)，晶閘管T1或T2關(guān)斷；
b)、當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，機(jī)械開(kāi)關(guān)S分?jǐn)啵鶕?jù)短路電流流向，晶閘管T1或T2導(dǎo)通，在機(jī)械開(kāi)關(guān)S分?jǐn)嚯娀〉淖饔孟?，短路電流被迫從機(jī)械開(kāi)關(guān)S向晶閘管T1或T2中迅速轉(zhuǎn)移；
c)、當(dāng)短路電流完全轉(zhuǎn)移至晶閘管T1或T2之后，延時(shí)至機(jī)械開(kāi)關(guān)S的觸頭分開(kāi)到足夠開(kāi)距時(shí)，根據(jù)電流流向，晶閘管橋中T4一T5或T3—T6橋臂導(dǎo)通，電容C通過(guò)電感L放電產(chǎn)生脈沖電流，迫使T1或T2中的電流減小為零；
d)、當(dāng)晶閘管T1或T2電流過(guò)零關(guān)斷后，系統(tǒng)母線(xiàn)對(duì)電容C反向充電，導(dǎo)致斷路器兩端電壓不斷地從反壓向正壓增加，短路電流等于電容充電電流；
e)、當(dāng)斷路器兩端電壓增加到壓敏電阻MOV的開(kāi)通值后，壓敏電阻MOV導(dǎo)通吸收系統(tǒng)能量并限制過(guò)電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障電流的限制并最終使其減小為零。
[0011 ] 所述的一種雙向混合式直流斷路器的控制方法，還包括以下步驟:當(dāng)系統(tǒng)電流從系統(tǒng)接線(xiàn)端J1流向系統(tǒng)接線(xiàn)端J2時(shí)，分?jǐn)噙^(guò)程中，晶閘管T1導(dǎo)通，致使晶閘管橋中T4一T5橋臂導(dǎo)通；當(dāng)系統(tǒng)電流從系統(tǒng)接線(xiàn)端J2流向系統(tǒng)接線(xiàn)端J1時(shí)，分?jǐn)噙^(guò)程中，晶閘管T2導(dǎo)通，致使晶閘管橋中T3—T6橋臂導(dǎo)通。
[0012]所述的一種雙向混合式直流斷路器的控制方法，還包括以下步驟:從短路電流完全轉(zhuǎn)移至晶閘管T1或T2，到晶閘管T1或T2電流過(guò)零時(shí)刻之前，機(jī)械開(kāi)關(guān)S兩端電壓為晶閘管極小的通態(tài)壓降，機(jī)械開(kāi)關(guān)S弧后具有充分的介質(zhì)恢復(fù)時(shí)間。
[0013]所述的一種雙向混合式直流斷路器的控制方法，還包括以下步驟:晶閘管T1或T2電流過(guò)零后首先承受較大的反向電壓，然后逐漸變?yōu)檎螂妷骸?br>[0014]—種雙向混合式直流斷路器的控制方法，步驟如下:
A)、在晶閘管橋中T4一T5或T3— T6橋臂導(dǎo)通時(shí)，晶閘管T2或T1導(dǎo)通并持續(xù)一段時(shí)間，當(dāng)晶閘管T1或T2電流過(guò)零后，電容C的脈沖放電電流從T2或T1中續(xù)流；
B)、當(dāng)晶閘管T2或T1續(xù)流結(jié)束后，系統(tǒng)母線(xiàn)對(duì)電容C反向充電，導(dǎo)致斷路器兩端電壓不斷增加，短路電流等于電容充電電流；
C)、當(dāng)斷路器兩端電壓增加到壓敏電阻MOV的開(kāi)通值后，壓敏電阻MOV導(dǎo)通吸收系統(tǒng)能量并限制過(guò)電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障電流的限制并最終使其減小為零。
[0015]所述的一種雙向混合式直流斷路器的控制方法，還包括以下步驟:分?jǐn)噙^(guò)程中，當(dāng)晶閘管橋中T4一T5橋臂導(dǎo)通時(shí)，晶閘管T2導(dǎo)通續(xù)流；當(dāng)晶閘管橋中T3 — T6橋臂導(dǎo)通時(shí)，晶閘管T1導(dǎo)通續(xù)流。
[0016]所述的一種雙向混合式直流斷路器的控制方法，還包括以下步驟:從短路電流完全轉(zhuǎn)移至晶閘管Τ1或Τ2，到晶閘管Τ2或Τ1續(xù)流結(jié)束時(shí)刻之前，機(jī)械開(kāi)關(guān)S兩端電壓為晶閘管極小的通態(tài)壓降，機(jī)械開(kāi)關(guān)S弧后具有更加充分的介質(zhì)恢復(fù)時(shí)間。
[0017]所述的一種雙向混合式直流斷路器的控制方法，還包括以下步驟:所述的晶閘管Τ1或Τ2電流過(guò)零后首先承受電壓等于所述的晶閘管Τ2或Τ1極小通態(tài)壓降的反向電壓，當(dāng)所述的晶閘管Τ2或Τ1續(xù)流結(jié)束后，所述的機(jī)械開(kāi)關(guān)S兩端電壓變?yōu)檎?，避免較大反向電壓對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
1、零電壓電路采用晶閘管，通態(tài)壓降小，電流轉(zhuǎn)移速度快；
2、機(jī)械開(kāi)關(guān)具有充分的介質(zhì)恢復(fù)時(shí)間，弧后介質(zhì)恢復(fù)可靠；
3、采用零電流電路實(shí)現(xiàn)晶閘管的快速關(guān)斷，斷路器分?jǐn)嗄芰?qiáng)；
4、方便實(shí)現(xiàn)兩種工作模式，斷路器的工作性能易于改善。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為現(xiàn)有的固態(tài)斷路器方案的不意圖；
圖2為現(xiàn)有的零電流開(kāi)關(guān)方案的不意圖；
圖3為現(xiàn)有的零電壓開(kāi)關(guān)方案的示意圖；
圖4為本發(fā)明的雙向混合式直流斷路器方案的示意圖；
圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例1中方案的示意圖；
圖6為本發(fā)明具體實(shí)施例1中的預(yù)期分?jǐn)嗖ㄐ危?br> 圖7為本發(fā)明具體實(shí)施例2中方案的示意圖；
圖8為本發(fā)明具體實(shí)施例2中的預(yù)期分?jǐn)嗖ㄐ巍?br>[0020]各附圖標(biāo)記為:1 一主電流電路，2—零電壓電路，3—零電流電路，4一能量吸收電路，J1一系統(tǒng)接線(xiàn)端，J2一系統(tǒng)接線(xiàn)端，S一控制開(kāi)關(guān)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本