一种基于熔断器的混合式多端口断路器及控制方法与流程

本发明属于电力设备，涉及一种基于熔断器的混合式多端口断路器及控制方法。

背景技术：

1、混合式直流断路器是直流系统的关键设备。每条直流线路的两端都需要安装双端口直流断路器，存在工程建设成本高的问题，限制了直流断路器的规模化应用。在混合式直流断路器中，其成本很大一部分来自于换流支路中级联的大量电子电子器件。基于共用一条换流支路实现对多条线路的集中保护的思想，多端口直流断路器的提出，优化了电路拓扑结构，极大降低了保护设备所需的电力电子器件的数量。将多端口直流断路器作为直流线路保护设备，代替多台连接于同一直流母线的直流断路器，可以有效降低直流电网总投资成本，且多端口直流断路器的端口数量越多，其在经济性上的优势越大。

2、熔断器是一种广泛应用的直流保护器件，能快速分断ka级的短路电流，保护效果良好，能起到显著的限流作用，在短路电流升至达峰值前即可开断电流，具有结构简单、使用方便、体积较小、成本低廉等优点。根据熔断器的优点，可以将其应用于多端口直流断路器中，能够减少共用换流支路中电力电子器件的数量，进一步降低多端口直流断路器的使用成本。熔断器依靠熔体熔断后产生的断口开断电路，熔断时间的长短同电流大小成反比。

3、因此，熔断器分断短路电流的能力很强，经常被用作短路电流保护，但是对于过载电流的熔断能力很差，熔断时间长甚至无法熔断。然而，在直流配电网中，不仅短路电流会破坏电力系统稳定，损坏用电设备造成，低过载故障电流也会对电力系统和用电设备造成影响。因此，以熔断器作为多端口直流断路器开断电流的保护器件，需要借助其他电力电子器件以保证低过载电流和额定电流下直流断路器的分断性能，实现全范围电流分断。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于熔断器的混合式多端口断路器及控制方法，具有良好的全范围电流开断能力，并且大幅降低成本。

2、本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

3、一种基于熔断器的混合式多端口断路器，其特征在于：包括主支路、换流支路、耗能支路及熔断器，多条所述主支路与换流支路、耗能支路并联连接，每条所述主支路通过一个熔断器连接一个接线端口，所述接线端口和直流母线相连；所述主支路包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂由快速机械开关组成，所述下桥臂由反向接入的二极管组成，正常运行时上桥臂的所述快速机械开关处于闭合状态。

4、而且，所述换流支路包括igct管及反向接入的二极管，所述igct管与反向接入的二极管并联连接，控制所述igct管的开断实现线路上故障电流向换流支路转移。

5、而且，所述耗能支路由金属氧化物非线性电阻mov组成，用以消耗剩余电流中的能量。

6、而且，还包括用于检测、监控主支路电流信息的电流检测电路和控制器，所述控制器连接于igct管的门极和快速机械开关的控制电路中，所述电流检测电路与控制器相连。

7、一种基于熔断器的混合式多端口断路器的控制方法，所述方法的步骤为：

8、s1、电流检测电路实时获取多条主支路的电流信息，将负载电流经过处理得到一个周期内负载电流的有效值；

9、s2、当一条主支路一个周期内负载电流的有效值大于预设值时，迅速监测、定位故障线路，控制器发出驱动信号，使该条主支路上桥臂的快速机械开关开始进行分闸操作，剩余主支路上桥臂的快速机械开关保持原有状态；同时，该支路上串联的熔断器中积累的i2t达到触发条件，熔断器起弧，电压开始升高，故障电流的上升趋势被限制；

10、s3、快速机械开关分闸完成后，控制器发出信号导通换流支路中的igct管，开启故障电流的电路转换；

11、s4、当故障电流降低至igct可关断的范围内，关闭igct以切断残余电流，故障电流进一步转移至耗能支路，由金属氧化物非线性电阻mov进行吸收线路中的能量，降低igct两端在关断瞬间产生的tiv，完成故障切除过程。

12、本发明的优点和有益效果为：

13、1、本发明基于熔断器的混合式多端口断路器具有结构简单、易于控制的特点，通过共用转移支路，可以开断直流配电网保护范围内任一线路的故障电流，减少直流断路器中的电力电子器件数量，大大降低直流断路器的成本。

14、2、本发明基于熔断器的混合式多端口断路器具有双向导通能力，无论安装在直流线路的正极侧还是负极侧，拓扑结构和安装的方向都无需改变，便于大规模接入直流配电网中。

15、3、本发明基于熔断器的混合式多端口断路器采用价格低廉的熔断器来限制电流，减少了共用换流支路中所使用的电力电子器件数量，简化了多端口直流断路器的拓扑结构，降低了直流断路器的使用成本。

技术特征：

1.一种基于熔断器的混合式多端口断路器，其特征在于：包括主支路、换流支路、耗能支路及熔断器，多条所述主支路与换流支路、耗能支路并联连接，每条所述主支路通过一个熔断器连接一个接线端口，所述接线端口和直流母线相连；所述主支路包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂由快速机械开关组成，所述下桥臂由反向接入的二极管组成，正常运行时上桥臂的所述快速机械开关处于闭合状态。

2.根据权利要求1所述的基于熔断器的混合式多端口断路器，其特征在于：所述换流支路包括igct管及反向接入的二极管，所述igct管与反向接入的二极管并联连接，控制所述igct管的开断实现线路上故障电流向换流支路转移。

3.根据权利要求1所述的基于熔断器的混合式多端口断路器，其特征在于：所述耗能支路由金属氧化物非线性电阻mov组成，用以消耗剩余电流中的能量。

4.根据权利要求1所述的基于熔断器的混合式多端口断路器，其特征在于：还包括用于检测、监控主支路电流信息的电流检测电路和控制器，所述控制器连接于igct管的门极和快速机械开关的控制电路中，所述电流检测电路与控制器相连。

5.一种如权利要求1～4任意一项所述基于熔断器的混合式多端口断路器的控制方法，其特征在于：所述方法的步骤为：

技术总结
本发明涉及一种基于熔断器的混合式多端口断路器及控制方法，包括主支路、换流支路、耗能支路及熔断器，多条主支路与换流支路、耗能支路并联连接，每条主支路通过一个熔断器连接一个接线端口，接线端口和直流母线相连。本发明设计科学合理，通过共用换流支路和耗能支路，能够迅速开断保护范围内任一线路的故障电流，采用价格低廉的熔断器来开断电流，动作速度快，动作有效性高，减少了直流断路器所需电力电子器件数量，在降低直流断路器的成本的同时满足直流电网的速动性和可靠性要求。

技术研发人员：刘海金,温伟杰,孙清瑶,靳鹤志,王金浩,常潇,王亮,程雪婷
受保护的技术使用者：国网山西省电力公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/29