本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)的設(shè)計方法及高低壓直流斷路器，尤其是一種直流微電網(wǎng)的設(shè)計方法及高低壓直流斷路器，屬于電力技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，由于化石能源枯竭和開采難度增大，同時造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題。近年來，太陽能發(fā)電，燃料電池，風(fēng)力發(fā)電等新能源得到大規(guī)模推廣應(yīng)用，于此同時，出現(xiàn)了電動汽車、變頻設(shè)備、led照明燈、信息設(shè)備等大量直流負(fù)荷。而直流微網(wǎng)，作為分布式電源與直流負(fù)荷更高效率的接入形式，具有線路損耗低、傳輸容量大、傳輸距離遠、電能質(zhì)量高、以及不存在系統(tǒng)同步運行穩(wěn)定性問題等優(yōu)點，成為目前電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。而直流斷路器是直流微網(wǎng)系統(tǒng)的重要設(shè)備，起著故障跳閘和保護系統(tǒng)中電力設(shè)備的關(guān)鍵作用，目前缺乏實用的直流斷路器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：針對目前發(fā)展直流微網(wǎng)的電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢，提供一種直流微電網(wǎng)的設(shè)計方法及高低壓直流斷路器，利用直流微電網(wǎng)的設(shè)計方法及高低壓直流斷路器實現(xiàn)雙向快速關(guān)斷，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種直流微電網(wǎng)的設(shè)計方法,所述的方法為將風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、蓄電池、交、直流負(fù)荷經(jīng)過換流器變?yōu)榈蛪旱燃壍闹绷麟妷海苯舆B接到低壓直流母線上或通過直流斷路器連接到低壓直流母線上；低壓直流母線電壓經(jīng)過直流變壓器升壓，通過直流斷路器連接到中壓直流母線上；同時燃料電池、微型燃?xì)廨啓C、中壓交、直流負(fù)荷經(jīng)過換流器變?yōu)橹袎旱燃壍闹绷麟妷?，通過直流斷路器連接到中壓直流母線上；中壓直流母線再經(jīng)過dc/ac換流器，通過交流斷路器連接到交流系統(tǒng)。

一種直流斷路器，包括高壓直流斷路器和低壓直流斷路器，高壓直流斷路器為兩個限流電抗器之間串聯(lián)一個高壓電氣支路；低壓直流斷路器為兩個限流電抗器之間串聯(lián)一個低壓電氣支路。

所述的限流電抗器包括限流電抗器la與限流電抗器lb。所述的高壓電氣支路包括第一支路、第二支路、第三支路和第四支路，所述的第一支路、第二支路、第三支路和第四支路為并聯(lián)，第一支路由機械式的快速隔離開關(guān)和輔助開關(guān)串聯(lián)；第二支路包括至少兩個以上輔助開關(guān)串聯(lián)組成；每個輔助開關(guān)由兩個igbt反向串聯(lián)，并在每個igbt上反向并聯(lián)二極管；第三支路由電阻和電容串聯(lián)組成；第四支路為氧化鋅避雷器構(gòu)成的能量吸收回路。

所述的低壓電氣支路包括第一支路、第二支路、第三支路和第四支路，所述的第一支路、第二支路、第三支路和第四支路為并聯(lián)；第一支路由機械式的快速隔離開關(guān)組成；第二支路包括至少兩個以上igbt模塊串聯(lián)組成；每個igbt模塊由兩個igbt單元反向串聯(lián)，并在每個igbt單元上反向并聯(lián)二極管；第三支路由電阻和電容串聯(lián)組成；第四支路為氧化鋅避雷器構(gòu)成的能量吸收回路。

所述的輔助開關(guān)由兩個igbt反向串聯(lián)，并在每個igbt上反向并聯(lián)二極管。

由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制作及操作方便，實用性強，高低壓直流斷路器實現(xiàn)雙向快速關(guān)斷，可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明高壓直流斷路器的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2為本發(fā)明低壓直流斷路器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明運用在直流微網(wǎng)中的示意圖；

圖中標(biāo)識為：1、限流電抗器la，2、限流電抗器lb，3、高壓電氣支路，4、低壓電氣支路，5、igbt，6、二極管，7、電阻，8、電容，9、氧化鋅避雷器，10、快速隔離開關(guān)，11、輔助開關(guān)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明，但不作為對本發(fā)明的任何限制。

如附圖1所示，將風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、蓄電池、交、直流負(fù)荷等經(jīng)過換流器變?yōu)榈蛪旱燃壍闹绷麟妷海ㄟ^直流斷路器連接到低壓直流母線上，某些直流負(fù)荷可以直接連接到低壓直流母線上。低壓直流母線電壓經(jīng)過直流變壓器升壓，通過直流斷路器連接到中壓直流母線上。同時，燃料電池、微型燃?xì)廨啓C、中壓交、直流負(fù)荷等經(jīng)過換流器變?yōu)橹袎旱燃壍闹绷麟妷?，通過直流斷路器連接到中壓直流母線上。中壓直流母線再經(jīng)過dc/ac換流器，通過交流斷路器連接到交流系統(tǒng)。

本發(fā)明的實施例1：如圖2所示，一種高壓直流斷路器，由限流電抗器la1、限流電抗器lb2、高壓電氣支路3、igbt5、二極管6、電阻7、電容8、氧化鋅避雷器9、快速隔離開關(guān)10、輔助開關(guān)11組成，在限流電抗器la1與限流電抗器lb2之間的線路上串聯(lián)一個高壓電氣支路3組成一個直流微電網(wǎng)，高壓電氣支路3包括第一支路、第二支路、第三支路和第四支路，所述的第一支路、第二支路、第三支路和第四支路為并聯(lián)，第一支路由快速隔離開關(guān)10和輔助開關(guān)11串聯(lián)；第二支路包括至少兩個以上輔助開關(guān)11串聯(lián)組成；每個輔助開關(guān)由兩個igbt5反向串聯(lián)，并在每個igbt5上反向并聯(lián)二極管6；第三支路由電阻7和電容8串聯(lián)組成；第四支路為氧化鋅避雷器9構(gòu)成的能量吸收回路，輔助開關(guān)由兩個igbt反向串聯(lián)，并在每個igbt上反向并聯(lián)二極管。

本發(fā)明的一種高壓直流斷路器，由四條并聯(lián)支路兩端串聯(lián)兩個限流電抗器組成，這四條并聯(lián)支路第一支路為主支路，由快速隔離開關(guān)10和輔助快關(guān)11串聯(lián)組成，用來導(dǎo)通正常負(fù)載電流；第二支路為轉(zhuǎn)移支路，由輔助開關(guān)組成，該輔助開關(guān)由若干個igbt5模塊串聯(lián)組成，每個igbt5模塊由兩個igbt5反向串聯(lián)，并在每個igbt5上反向并聯(lián)二極管6，igbt5模塊個數(shù)根據(jù)所使用直流電壓等級確定，該支路用來開通正常運行電流和關(guān)斷雙向故障電流；第三支路是由電阻7和電容8串聯(lián)組成的緩沖回路，用來緩沖開斷時線路電感能量，降低輔助開關(guān)電壓上升率；第四支路為由氧化鋅避雷器9構(gòu)成的能量吸收回路，用來吸收開斷時線路電感能量，保護輔助開關(guān)器件不受過電壓威脅。

按照本發(fā)明的技術(shù)方案，將所需的設(shè)備及元器件進行連接，即可進行試驗，試驗時按照下述方法進行試驗：

合閘操作：先觸發(fā)第二支路的輔助開關(guān)11使其導(dǎo)通，緊接著閉合第一支路的快速隔離開關(guān)10，再導(dǎo)通輔助開關(guān)11,使其在零電壓下導(dǎo)通,確認(rèn)第一支路導(dǎo)通后關(guān)斷第二支路的輔助開關(guān)11使其退出運行。第二支路的輔助開關(guān)11閉合后在限流電感的作用下，直流電流逐漸從零上升到穩(wěn)態(tài)值，亦即限流電感在合閘初期階段具有抑制直流電流上升率的作用，相當(dāng)于對合閘過程起到了緩沖作用。合閘過程結(jié)束后，直流電源經(jīng)第一支路的向負(fù)載供電，限流電感只對直流紋波具有平抑作用，因此裝置通態(tài)壓降與損耗均很小。

分閘操作：包括正常分閘與短路分閘，兩者操作過程基本相同，區(qū)別只是前者分?jǐn)嗾９ぷ麟娏鳎笳叻謹(jǐn)喽搪冯娏?，限流電抗均起到抑制初期短路電流上升率的作用。在收到分閘命令或是檢測到短路電流超過動作設(shè)定值時，立即發(fā)出觸通第二支路輔助開關(guān)11和關(guān)斷第一支路輔助開關(guān)11信號。第一支路輔助開關(guān)11關(guān)斷時產(chǎn)生的過電壓迫使電流向第二支路輔助11開關(guān)中轉(zhuǎn)移，當(dāng)電流完全轉(zhuǎn)移至第二支路輔助開關(guān)11后，無弧斷開第一支路快速隔離開關(guān)11，隨后向第二支路輔助開關(guān)11發(fā)出關(guān)斷信號，其所有igbt5閥組均快速關(guān)斷，此期間電阻7、電容8和氧化鋅避雷器9緩沖吸收回路自動投入工作，能夠有效減緩開斷電壓上升速度，以確保閥組所承擔(dān)的開斷電壓在其安全工作區(qū)范圍內(nèi)。

本發(fā)明的實施例2：一種低壓直流斷路器，由限流電抗器la1、限流電抗器lb2、低壓電氣支路4、igbt5、二極管6、電阻7、電容8、氧化鋅避雷器9、快速隔離開關(guān)10、輔助開關(guān)11組成，在限流電抗器la1與限流電抗器lb2之間的線路上串聯(lián)一個低壓電氣支路4組成一個直流微電網(wǎng)，低壓電氣支路4包括第一支路、第二支路、第三支路和第四支路，第一支路、第二支路、第三支路和第四支路為并聯(lián)；第一支路由機械開關(guān)組成；第二支路包括至少兩個以上igbt5模塊串聯(lián)組成；每個igbt5模塊由兩個igbt5單元反向串聯(lián)，并在每個igbt5單元上反向并聯(lián)二極管6；第三支路由電阻7和電容8串聯(lián)組成；第四支路為氧化鋅避雷器9構(gòu)成的能量吸收回路。

其中所述的低壓直流斷路器結(jié)構(gòu)如附圖3所示，限流電抗器la1與限流電抗器lb2為限流電抗器，電抗器在直流系統(tǒng)中并不體現(xiàn)其電抗特性，因此電抗的接入對直流系統(tǒng)的正常運行無影響，而故障時可起到明顯的限流作用，可降低直流短路電流上升率，從而降低對機械開關(guān)速動性的要求，限流電抗器la1與限流電抗器lb2位于輔助開關(guān)的兩端可限制雙向故障電流。與兩個限流電抗器串聯(lián)的是四條并聯(lián)支路，第一支路為主支路，由機械開關(guān)組成，用來導(dǎo)通正常負(fù)載電流；第二支路為轉(zhuǎn)移支路，由輔助開關(guān)11組成，該輔助開關(guān)由若干個igbt5模塊串聯(lián)組成，igbt5模塊個數(shù)根據(jù)所使用直流電壓等級確定，每個igbt5模塊由兩個igbt5反向串聯(lián)，并在每個igbt5上反向并聯(lián)二極管6，該支路用來開通正常運行電流和關(guān)斷雙向故障電流；第三支路是由電阻7和電容8串聯(lián)組成的緩沖回路，用來緩沖開斷時線路電感能量，降低輔助開關(guān)電壓上升率；第四支路為由氧化鋅避雷器9構(gòu)成的能量吸收回路，用來吸收開斷時線路電感能量，保護輔助開關(guān)器件不受過電壓威脅。

按照本發(fā)明的技術(shù)方案，將所需的設(shè)備及元器件進行連接，即可進行試驗，試驗時按照下述方法進行試驗：

合閘操作：先觸發(fā)第二支路的輔助開關(guān)11使其導(dǎo)通，緊接著閉合第一支路的快速隔離開關(guān)10，再導(dǎo)通輔助開關(guān)11,使其在零電壓下導(dǎo)通,確認(rèn)第一支路導(dǎo)通后關(guān)斷第二支路的輔助開關(guān)11使其退出運行。第二支路的輔助開關(guān)11閉合后在限流電感的作用下，直流電流逐漸從零上升到穩(wěn)態(tài)值，亦即限流電感在合閘初期階段具有抑制直流電流上升率的作用，相當(dāng)于對合閘過程起到了緩沖作用。合閘過程結(jié)束后，直流電源經(jīng)第一支路的向負(fù)載供電，限流電感只對直流紋波具有平抑作用，因此裝置通態(tài)壓降與損耗均很小。

分閘操作：包括正常分閘與短路分閘，兩者操作過程基本相同，區(qū)別只是前者分?jǐn)嗾９ぷ麟娏?，而后者分?jǐn)喽搪冯娏?，限流電抗均起到抑制初期短路電流上升率的作用。在收到分閘命令或是檢測到短路電流超過動作設(shè)定值時，立即發(fā)出觸通第二支路輔助開關(guān)11和關(guān)斷第一支路輔助開關(guān)11信號，第一支路輔助開關(guān)11關(guān)斷時產(chǎn)生的過電壓迫使電流向第二支路輔助開關(guān)11中轉(zhuǎn)移，當(dāng)電流完全轉(zhuǎn)移至第二支路輔助開11后，無弧斷開第一支路快速隔離開關(guān)10；隨后向第二支路輔助開關(guān)11發(fā)出關(guān)斷信號，其所有igbt5閥組均快速關(guān)斷，此期間電阻7、電容8和氧化鋅避雷器9緩沖吸收回路自動投入工作，能夠有效減緩開斷電壓上升速度，以確保閥組所承擔(dān)的開斷電壓在其安全工作區(qū)范圍內(nèi)。