一种高压直流断路器的分闸控制方法与流程

本发明涉及一种高压直流断路器的分闸控制方法，属于直流输电技术领域。

背景技术：

目前，直流断路器的技术方案主要有三种类型，分别是基于常规开关的传统机械式直流断路器、基于纯电力电子器件的固态直流断路器和基于二者结合的混合式直流断路器。其中，传统机械式直流断路器的分断时间较长，固态直流断路器的损耗较大。随着高压大容量半导体器件的发展，结合常规机械开关和电力电子器件特点的混合式直流断路器技术得到快速发展。

现有的直流断路器结构均为：并联连接的通流支路、断流支路和耗能支路。通流支路由一组(如2-3个)辅助换流模块和一组(如2-3个)机械开关串联而成；断流支路由串联的大量断流模块串联而成；耗能支路为避雷器，用于吸收过电流。所谓辅助换流模块、断流模块均为开关管或者特定开关管拓扑(如H桥、半桥等)。另外，有些直流断路器，还包括并联的缓冲支路，用于在闭锁断流支路时起到缓冲作用。

但是，目前的混合式直流断路器存在以下缺陷：一方面，在直流断路器分闸过程中，如果机械开关分闸不到位，在闭锁断流支路过程中有可能引起直流断路器的过压击穿；另一方面，在配置多台直流断路器的多端直流输电电网中，发生单点直流故障后，控制保护系统在几个毫秒后才能完成故障定位，直流故障电流在故障定位过程中有可能已经超过多个直流断路器的主动保护阈值。如果直流断路器在控制保护系统的故障定位前进行主动保护分闸操作，则会增加直流断路器误动作的几率，进而扩大直流系统故障点的范围；而直流断路器在控制保护系统的故障定位后进行被动保护分闸操作，又会延长直流系统故障点的切除时间，增加换流阀的过电流风险。

因此，如何降低直流断路器的过压击穿风险，在保证直流断路器分闸精度的同时，提高直流断路器的分闸速度成为混合式直流断路器研究中的重要内容。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高压直流断路器的分闸控制方法，用于解决在直流断路器分闸过程中，分闸速度和分闸精度不能兼顾这一技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高压直流断路器的分闸控制方法，方案一：包括

(1)检测到故障电流时，导通断流支路，断开通流支路；

(2)判断是否收到控制保护系统的分闸命令；

(3)若直流断路器接收到分闸命令，则断开断流支路，以完成直流断路器分闸；若直流断路器未接收到分闸命令，则重新导通通流支路，断开断流支路，以禁止直流断路器分闸。

方案二：在方案一的基础上，在步骤(2)之前，还包括判断是否收到机械开关分闸位置信号的步骤，若未收到，则重新导通通流支路，断开断流支路。

方案三：在方案二的基础上，所述步骤(1)中，通过断开两路并联的机械开关中的第一组机械开关断开通流支路；所述步骤(3)中，通过闭合两路并联的机械开关中的第二组机械开关重新导通通流支路。

方案四：在方案三的基础上，在步骤(2)之前，还包括判断是否收到所述第一组机械开关分闸位置信号的步骤，若未收到，则通过闭合所述第二组机械开关重新导通通流支路。

本发明的有益效果是：在直流断路器未收到控制保护系统的分闸命令前，首先进行“预关断”过程，即导通断流支路，将故障电流转移到断流支路中；同时判断是否接收到控制保护系统的分闸命令，若收到则继续完成分闸操作，若没有收到则重新闭合直流断路器。该方法通过将直流断路器的分闸操作分两步进行，根据是否接收到控制保护系统的分闸命令，在需要分断时完成分闸过程，在不需要分断时进行重合闸操作，而不是像现有技术那样整个动作过程在故障定位之前或之后进行，从而能够在保证分闸精度的同时，明显提高直流断路器的分闸速度。

进一步的，通过判断机械开关的分闸到位信号决定是否继续进行分闸操作，以保证在断开断流支路过程中不会引起直流断路器的过压击穿。

进一步的，将机械开关设计为两组并联的机械开关，从而保证安全；同时，在同等机械开关性能的基础上，还可以将第二组机械开关设计为合闸速度快的开关，进一步保证安全。

附图说明

图1是实施例1的高压直流断路器的结构图；

图2是实施例2的高压直流断路器的结构图；

图3是实施例3的高压直流断路器的结构图；

图4是实施例4的高压直流断路器的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

高压直流断路器的分闸控制方法实施例1：

如图1所示，该高压直流断路器包括并联连接的通流支路、断流支路和耗能支路。其中，通流支路由一组机械开关K和一组辅助换流模块SMC串联组成，断流支路由一组断流模块SMB串联组成，耗能支路由避雷器Z组成以消耗故障电流。该辅助换流模块SMC和断流模块SMB的具体结构可以采用现有技术中常见的H桥结构、半桥结构或者是其他可用于通流或断流的模块。

正常运行情况下，高压支路断路器通流支路中的所有机械开关闭合，所有辅助换流模块解锁，直流电流流经通流支路中的所有机械开关和辅助换流模块。当直流断路器主动保护检测到故障电流，需要切断与其串联的直流故障时，直流断路器的分闸控制过程如下：

(1)控制解锁直流断路器断流支路中的全部断流模块SMB，闭锁直流断路器通流支路中的全部辅助换流模块SMC，将故障电流从通流支路转移到断流支路。

(2)当直流故障电流转移到断流支路后，断开直流断路器通流支路中的全部机械开关K。

(3)判断是否收到控制保护系统的分闸命令。

(4)若直流断路器接收到分闸命令，则闭锁直流断路器断流支路中的全部断流模块SMB，将故障电流转入到与断流支路并联的耗能支路，完成直流断路器的分闸；若直流断路器未接收到分闸命令，控制闭合直流断路器通流支路中的全部机械开关K，解锁直流断路器通流支路中的全部辅助换流模块SMC，最后闭锁直流断路器断流支路中的全部断流模块SMB。

其中，直流断路器等待保护系统的分闸命令的时间由机械开关K的物理特性决定，在该时间内，若确定该直流断路器需要分闸，则继续进行分闸过程，若确定该直流断路器不需要分闸，则进行重合闸操作。

另外，在步骤(3)之前，即机械开关断开之后，直流断路器需要判断是否接收到机械开关的分闸位置信号，若未接收到机械开关的分闸位置信号，则重新闭合直流断路器通流支路中的全部机械开关K，解锁直流断路器通流支路中的全部辅助换流模块SMC，使通流支路重新导通，最后闭锁直流断路器断流支路中的全部断流模块SMB，断开断流支路。

以上实施例中，通流支路中包括多个辅助换流模块和多个机械开关，作为其他的实施方式，上述通流支路中可以只包含一个辅助换流模块SMC和一个机械开关K，断流支路中也可以只含有一个断流模块SMB。

高压直流断路器的分闸控制方法实施例2：

如图2所示，该高压直流断路器包括并联连接的通流支路、断流支路和耗能支路。其中，通流支路由第一组机械开关K1和第一组机械开关K2并联连接后与一组辅助换流模块SMC串联组成，断流支路由一组断流模块SMB串联组成，耗能支路由避雷器Z组成以消耗故障电流。该辅助换流模块SMC和断流模块SMB的具体结构可以采用现有技术中常见的H桥结构、半桥结构或者是其他可用于通流或断流的模块。

正常运行情况下，高压支路断路器通流支路中的第一组机械开关K1闭合，所有辅助换流模块解锁，直流电流流经通流支路中的第一组机械开关K1和所有辅助换流模块。当然，作为备选，也可以选择第二组机械开关K2闭合。当直流断路器主动保护检测到直流故障，需要切断与其串联的直流故障电流时，直流断路器的分闸控制过程如下：

(1)控制解锁直流断路器断流支路中的全部断流模块SMB，闭锁直流断路器通流支路中的全部辅助换流模块SMC，将故障电流从通流支路转移到断流支路。

(2)当直流故障电流转移到断流支路后，断开直流断路器的通流支路中第一组机械开关K1。

(3)根据直流断路器在设定时间deltT1内是否接收到第一组机械开关K1的分闸位置信号，可分为两种情况：

情况1若直流断路器在设定时间deltT1内没有收到第一组机械开关K1的分闸位置信号，控制闭合直流断路器通流支路中的第二组机械开关K2，解锁直流断路器通流支路中的全部辅助换流模块SMC，同时向控制保护系统发送不允许分闸告警信号。

情况2若直流断路器在设定时间deltT1内收到第一组机械开关K1的分闸位置信号，则判定直流断路器在设定时间deltT2内是否接收到控制保护系统的分闸命令，也分为两种情况：

a.若直流断路器在设定时间deltT2内没有收到控制保护系统的分闸命令，控制闭合直流断路器通流支路中的第二组机械开关K2，解锁直流断路器通流支路中的全部辅助换流模块SMC，最后闭锁直流断路器断流支路中的全部断流模块SMB。

b.若直流断路器在规定时间deltT2内收到控制保护系统的分闸命令，闭锁直流断路器的断流支路中的全部断流模块SMB，将故障电流转入到与断流支路并联的耗能支路，从而完成直流电流的切除。

其中，直流断路器等待第一组机械开关K1分闸位置信号的设定时间deltT1以及等待保护系统的分闸命令的设定时间deltT2均由机械开关K的物理特性决定。

本实施例中，将机械开关设计为两组并联的机械开关，从而保证安全；同时，在同等机械开关性能的基础上，还可以将第二组机械开关设计为合闸速度快的开关，进一步保证安全。

需要说明的是，实施例3、4中，是另外两种机械开关并联的形式，下面进行具体介绍。

高压直流断路器的分闸控制方法实施例3：

如图3所示，与实施例2中的直流断路器不同的是，本实施例中的高压直流断路器的通流支路由两条支路并联构成，其中第一条支路由第一组机械开关K1和第一组辅助换流模块SMC1串联构成，第二条支路由第二组机械开关K2和第二组辅助换流模块SMC2串联构成。

正常运行情况下，高压支路断路器通流支路中的第一组机械开关K1闭合，第一组辅助换流模块SMC1解锁，直流电流流经通流支路中的第一组机械开关K1和第一组辅助换流模块SMC1。当然，作为备选，也可以选择第二组机械开关K2闭合，第二组辅助换流模块SMC2解锁。当直流断路器主动保护检测到直流故障，需要切断与其串联的直流故障电流时，该直流断路器的分闸控制过程如下：

(1)控制解锁直流断路器断流支路中的全部断流模块SMB，闭锁直流断路器通流支路中的第一组辅助换流模块SMC1，将故障电流从通流支路转移到断流支路。

(2)当直流故障电流转移到断流支路后，断开直流断路器的通流支路中第一组机械开关K1。

(3)根据直流断路器在设定时间deltT1内是否接收到第一组机械开关K1的分闸位置信号，可分为两种情况：

情况1若直流断路器在设定时间deltT1内没有收到第一组机械开关K1的分闸位置信号，控制解锁直流断路器通流支路中的第二组辅助换流模块SMC2，闭合直流断路器通流支路中的第二组机械开关K2，同时向控制保护系统发送不允许分闸告警信号。

情况2若直流断路器在设定时间deltT1内收到第一组机械开关K1的分闸位置信号，则判定直流断路器在设定时间deltT2内是否接收到控制保护系统的分闸命令，也可分为两种情况：

a.若直流断路器在设定时间deltT2内没有收到控制保护系统的分闸命令，闭合直流断路器的通流支路中的第二组机械开关K2，解锁直流断路器通流支路中的第二组辅助换流模块SMC2，最后闭锁直流断路器断流支路中的全部断流模块SMB。

b.若直流断路器在规定时间deltT2内收到控制保护系统的分闸命令，闭锁直流断路器的断流支路中的全部断流模块SMB，将故障电流转入到与断流支路并联的耗能支路，从而完成直流电流的切除。

其中，直流断路器等待第一组机械开关K1分闸位置信号的设定时间deltT1以及等待保护系统的分闸命令的设定时间deltT2均由机械开关K的物理特性决定。

高压直流断路器的分闸控制方法实施例4：

如图4所示，采用了不同于实施例2、3的机械开关并联形式，相当于在实施例3的基础上将两组辅助换流模块与两组机械开关的串联点并联起来。这种方式可以较为灵活地选择相对应成为通路的辅助换流模块组与机械开关组，具体控制方法与实施例2或3类同，在此不再赘述。