一种基于模块化断路器的MOA能量吸收计算方法

摘要

本发明属于电气设备故障诊断技术领域，具体涉及一种基于模块化断路器的MOA能量吸收计算方法，包括断路器拓扑结构设计、拓扑参数数学模型以及MOA能量吸收的计算。基于此方法具有可以快速调节、占地面积小、电压等级较高等特点，根据本发明方法的断路器MOA能量吸收的计算方法可以控制D的大小，就可以配合直流断路器进行保护动作。当直流断路器的最大分断电流一定时减小D可以延长断路器的动作时间，当直流断路器的动作时间一定时，减小D可以减小断路器的最大分断电流。

说明书

技术领域

本发明属于电气设备故障诊断技术领域，具体涉及一种基于模块化断路器的MOA能量吸收计算方法。

背景技术

近年来，高压直流输电技术的发展和逐渐成熟对电力系统经济运行和能源合理配置起到了举足轻重的作用，模块化多电平换流器(MMC)是如今直流输电中应用最广泛的拓扑，具有可以快速调节、占地面积较小、电压等级较高等优势。直流断路器成本是制约高压柔性直流系统发展的重要因素之一，然而目前还未有一种能降低直流系统对断路器的要求的降成本的方法。

发明内容

为降低直流系统对断路器的要求，本发明方法提供一种基于模块化断路器的MOA能量吸收计算方法，具体技术方案如下：

一种基于模块化断路器的MOA能量吸收计算方法，包括以下步骤：

步骤S1，设计断路器的拓扑结构，所述拓扑结构包括主支路、转移支路和能耗支路；所述主支路、转移支路和能耗支路相互并联；所述主支路包括串联的晶闸管单元组以及反串接IGBT，用于承载整个回路正常工作状态下的额定电流；所述转移支路包括桥式二极管组和三个级联模块；所述桥式二极管组由四个二极管D

优选地，所述拓扑结构还包括第一限流电感L

优选地，还包括LED灯，所述LED灯连接在第一限流电感L

优选地，还包括接地续流二极管，所述接地续流二极管连接在转移支路的左端。

优选地，所述转移支路参数数学模型具体如下：

首先对转移支路进行等效，根据等效电路图可以列出微分方程数学式：

其中，C

假设故障电流流过级联模块的时间为t

优选地，所述能耗支路参数数学模型具体如下：

能耗支路吸收的能量包括两部分：分断开始时存储在电感中的能量，以及分断过程中电源发出的能量；

能耗支路中的避雷器吸收的能量如式(5)，即能耗支路参数数学模型：

其中，i

假设短路电流的衰减过程是线性的，且衰减过程中外部等效电源电压保持不变，那么MOA吸收的能量近似为：

其中，D为能耗支路的占空比，T3为直流断路器能耗支路的机械时间，与MOA的伏安特性曲线有关。

本发明的有益效果为：本发明提供了一种基于模块化断路器的MOA能量吸收计算方法，包括断路器拓扑结构设计、拓扑参数数学模型以及MOA能量吸收的计算。基于此方法具有可以快速调节、占地面积小、电压等级较高等特点，根据本发明方法的断路器MOA能量吸收的计算方法可以控制D的大小，就可以配合直流断路器进行保护动作。当直流断路器的最大分断电流一定时减小D可以延长断路器的动作时间，当直流断路器的动作时间一定时，减小D可以减小断路器的最大分断电流。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为直流断路器拓扑结构图；

图2为时序控制切除故障图；

图3为转移支路等效电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

本发明的具体实施方式提供了一种基于模块化断路器的MOA能量吸收计算方法，包括以下步骤：

步骤S1，设计断路器的拓扑结构，如图1所示，所述拓扑结构包括主支路、转移支路和能耗支路；所述主支路、转移支路和能耗支路相互并联；所述主支路包括串联的晶闸管单元组以及反串接IGBT，用于承载整个回路正常工作状态下的额定电流；所述转移支路包括桥式二极管组和三个级联模块；所述桥式二极管组由四个二极管D

拓扑结构还包括第一限流电感L

还包括用来判断线路的导通状态的LED灯，所述LED灯连接在第一限流电感L

还包括接地续流二极管，所述接地续流二极管连接在转移支路的左端，防止电路中电压电流突变，吸收电感中过多的能量，减轻避雷器的压力。

本发明提出的拓扑结构具有双向导通、阻断电流和双向切除故障的能力。当直流断路器右侧出现故障问题时，在转移支路中流过二极管D

当主回路导通时，LED指示灯亮，说明主回路正常导通，当有故障时，转移支路的IGBT应全部导通，如果不是全部导通，检查回路直至转移支路IGBT全部导通，转移支路的IGBT全部导通后会关断主支路中的反串接IGBT，这时流过反串接IGBT的电流i

步骤S2，建立断路器的拓扑参数数学模型，主要包括转移支路参数数学模型和能耗支路参数数学模型；计算金属氧化物避雷器MOA吸收的能量。

所述转移支路参数数学模型具体如下：

首先对转移支路进行等效，等效电路图具体见图3，等效电阻R

其中，C

假设故障电流流过级联模块的时间为t

换流时间△t应尽量缩短，从而缩短切断故障的时间。

能耗支路参数数学模型具体如下：

能耗支路可以防止过高的电压，分析该断路器拓扑结构的能耗支路，能耗支路吸收的能量包括两部分：分断开始时存储在电感中的能量，以及分断过程中电源发出的能量；

能耗支路中的避雷器吸收的能量如式(5)，即能耗支路参数数学模型：

其中，i

假设短路电流的衰减过程是线性的，且衰减过程中外部等效电源电压保持不变，那么MOA吸收的能量近似为：

其中，D为能耗支路的占空比，T3为直流断路器能耗支路的机械时间，与MOA的伏安特性曲线有关。

主动限流控制的参数占空比D的下限与MMC桥臂最大安全电流相关，占空比D的上限与直流断路器的最大关断电流、机械开关时间、MOA吸收能量相关。若满足D＝0.5条件下的直流断路器参数已知，则可以根据MMC的参数，分析出占空比D取不同值时对直流短路器的优化情况。

可以看出根据本发明方法的断路器MOA能量吸收的计算方法可以控制D的大小，就可以配合直流断路器进行保护动作。当直流断路器的最大分断电流一定时减小D可以延长断路器的动作时间，当直流断路器的动作时间一定时，减小D可以减小断路器的最大分断电流。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。