[发明专利]一种直流断路器

说明书

技术领域

本发明涉及一种断路器，具体涉及一种直流断路拓扑及其控制方法。

背景技术

快速直流断路器是保证直流输配电系统和直流电网系统稳定安全可靠运行的关键设备之一。与交流系统所不同的是，直流系统的电流并不存在自然过零点，因此直流系统中无法像交流系统一样利用电流的自然过零点关断，因此直流电流的开断问题一直是一个值得研究的课题。

目前开断直流电流通常有两种方式，第一种是纯电力电子断路器，如ABB申请的专利CN102870181A，利用大功率可关断电力电子器件，直接分断直流电流。利用这种原理制造的固态断路器，在时间上虽然可以满足多端柔性直流系统的要求，但在正常导通时的损耗过大，经济性较差。

第二种是混合断路器技术，即在传统的交流机械断路器的基础上，通过增加辅助的电力电子电路，投入限流电阻以降低短路电流或在开断弧间隙的直流电流上叠加振荡电流，利用电流过零时开断电路。利用这种原理制造的混合式断路器，其对机械开关有特殊要求，在分断时间上较难满足直流输电系统的要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种混合式直流断路器。本发明具有稳态运行时损耗小，出现短路故障时无电弧切断，响应迅速等特点。

本发明直流断路器拓扑结构包括：初始电流通路，第一组合回路和第二组合回路。初始电流通路的第一引出端子与第一组合回路的第二引出端子连接，初始电流通路的第二引出端子与第二组合回路的第一引出端子连接。第一组合回路的第一引出端子作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线连接，第二组合回路的第二引出端子作为直流断路器的第二引出端子与直流输电线的另一端连接。初始电流通路有多种组成形式，例如机械开关模块与电力电子开关模块串联，机械开关模块串联，电力电子开关模块串联等。

当检测到线路短路故障以后，立即开始切断初始电流通路；在完全断开初始电流通路以前，第一组合电路和第二组合电路使得初始电流通路两端电位差维持在较低的水平，并且第一组合电路和第二组合电路可以分别为故障电流提供续流通路，以便于初始电流通路断开；当初始电流通路完全断开以后，故障电流分别通过第一组合电路和第二组合电路续流，并逐渐衰减、或振荡衰减到零或由第一组合电路和第二组合电内置的开关在电流过零点分别分断。

所述的初始电流通路包括电力电子模块和机械开关模块；所述的第一组合回路包括一个电感、一个电容和一个内置机械开关，所述的第二组合回路包括一个电感、一个电容及其充电电路，充电电路包括充电电路内置开关及充电电路电阻，第二组合回路充电电路的内置开关可以由机械开关模块组成，也可以由电力电子开关模块组成。所述的初始电流通路中的机械开关模块包括至少一个机械开关串联组件，所述的初始电流通路中的电力电子模块包括至少一个的电力电子全控器件串联组件；机械开关模块的一端与电力电子模块的一端连接，机械开关模块的另一端作为初始电流通路的第一引出端子；电力电子模块的另一端作为初始电流通路的第二引出端子，和第二组合回路的第一引出端子连接；所述的第一组合回路电感一端作为第一组合回路的第一引出端子和直流输电线连接；所述的第一组合回路电感的另一端与第一组合回路电容的一端连接，作为第一组合回路的第二引出端子，和初始电流通路的第一引出端子连接；第一组合回路电容的另一端作为第一组合回路的第三引出端子直接接地或连接中性线；所述的第二组合回路充电电路内置开关一端与第二组合回路充电电路电阻一端连接作为第二组合回路充电电路的第一引出端子，所述第二组合回路充电电路内置开关另一端与第二组合回路充电电路电阻另一端作为第二组合回路充电电路的第二引出端子；第二组合回路电感一端与第二组合回路充电电路第一引出端子连接作为第二组合回路的第一引出端子，所述第二组合回路充电电路的第二引出端子与电容一端连接，第二组合回路电感的另一端作为第二组合回路的第二引出端子；第二组合回路电容的另一端作为第二组合回路的第三引出端子直接接地或连接中性线；初始电流通路的第二引出端子与第一组合回路的第二引出端子连接，初始电流通路的第二引出端子与第二组合回路的第一引出端子连接。