本创新技术介绍了一种新型多端口直流断路器系统,该系统包含通流、转移、耗能和隔离四个关键支路。其中,通流支路配备了快速机械开关,而转移支路则串联了多个组件以实现电流的高效切换。该系统还包括一套先进的控制方法和装置,旨在提高直流电路的安全性和可靠性。
背景技术
柔性直流电网是实现大规模可再生清洁能源友好接入和灵活消纳的较佳解决方案,特别是采用新技术、装备和针对性设计的电网结构可以预期满足未来能源结构变化的需求,并对能源分布格局产生深刻影响。可以预见的是,未来柔性直流电网是国家构建新能源为主体的新型电力系统的重要技术手段。
在实际工作中,柔性直流电网具有低阻抗特性,导致其直流侧故障时电流上升速率高达kA/ms,数毫秒内故障电流可达到数十千安培,会对换流站以及直流电网中脆弱设备造成破坏。目前,解决上述问题的主要手段是安装高压直流断路器,其能够快速稳定地清除直流故障,是直流系统构建的核心装备。
在现有的电网设计中,网状直流电网通常包含多个直流母线,为了保障直流线路任意位置发生故障后会被可靠隔离,需要在直流母线的所有进线和出线都加装直流断路器。然而,混合式直流断路器需采用大量全控型电力电子器件串联用于耐受数百千伏的开断电压,导致其器件的成本很高,制约了直流断路器在直流电网中的大规模推广和应用。
由此,现有设计的多端口混合式直流断路器一般是将原本同一直流母线上所连接的二端口直流断路器的转移支路进行集成,共用昂贵的主断开关来开断故障电流,不仅可以减少直流电网中两端口直流断路器的数量、降低断路器总成本、减小占地面积,还有助于直流断路器规模化使用,可推动基于柔性直流输电技术的柔性直流电网互联系统快速发展。
但是,目前常见的多端口混合式直流断路器为了满足各种工况下故障清除的能力,其转移支路上的电力电子开关需要具备双向电流开断能力。最初采用电力电子开关反并联结构来实现双向电流开断,为了减少大功率开断电力电子器件的数量和成本,目前主流形式采用二极管桥模块结构,可以减少一倍的电力电子开关器件,相应的需要增加较为便宜的二极管,即在保留实现同样功能的前提下,采用二极管桥模块可以使总体成本有所下降。由此,现有的常见多端口混合式直流断路器转移支路结构与先前通用的二端口设计相比并没有任何变化,只是增加了隔离支路和通流支路将多个两端口混合式断路器进行集成,从而实现多条线路的故障清除以及隔离。但是,现有的多端口混合式直流断路器的转移支路仍然不可避免地使用了大量的二极管,虽然较原来反并联结构的成本有所降低,但仍然较高,约占断路器总成本的一半,并且二极管桥结构还会增加换流路径,带来杂散电感的增加等问题。
综上,还需要对多端口混合式直流断路器的设计结构进行改进,并结合适配的控制方法实现相同的功能时,还能解决成本问题。
实现思路