[发明专利]基于半控型电力电子器件的直流断路器

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。

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。

无论是混合断路器和纯电力电子断路器，均采用了全控型器件，在相同电压电流等级应用场合下，与半控型器件方案相比，采用全控型器件方案的成本均会显著增加。

西门子公司专利WO2013/093066A1提出的一种混合断路器，在主通路上串联机械开关和电力电子全控器件，另一条旁路由电容组成，当检测到故障电流时，主通路上电力电子全控器件断开，机械开关也开始开断，故障电流向旁路旁路电容充电，这种电路的旁路电容不能取值过小，否则机械开关尚未完全打开，若旁路电容在故障电流充电下电压上升过快会超过机械开关和电力电子器件承受电压等级。然而电容值取值大时，开断速度就会受到影响。

ABB公司专利WO2011141054A1提出的一种混合断路器，在主通路上串联机械开关和电力电子全控器件，另一条旁路由避雷器和压接IGBT并联组成，当检测到故障电流时，旁路上的压接IGBT全部导通，之后主通路上的电力电子全控器件断开，机械开关也开始关断，等到机械开关完全关断后，压接IGBT关断，避雷器接入电路抑制短路电流，这种断路器开断速度较快，但是整个旁路的压接IGBT承受电压之和必须要大于直流输电线路初始电压，这需要大量压接IGBT串联，造成整个直流断路器的成本较高。

并且上述两种专利主回路都必须采用全控开关器件与机械开关串联，导致正常时仍然会有较大的导通损耗。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种基于半控型器件的直流断路器。本发明具有整体成本低，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。

所述的直流断路器由初始电流通路和故障电流阻断通路组成。初始电流通路的第一引出端子与故障电流阻断通路的第一引出端子连接后与直流输电线路一端连接，初始电流通路的第二引出端子与故障电流阻断通路的第二引出端子连接后与直流输电线路另一端连接。

所述的直流断路器另一种连接方式为：所述的初始电流通路的第一引出端子与故障电流阻断通路的第一引出端子连接后可以与电感一端连接，电感的另一端作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线路连接。

所述的初始电流通路的第二引出端子与故障电流阻断通路的第二引出端子连接后也可以与电感一端连接，电感的另一端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。

所述的初始电流通路包括电力电子开关模块和机械开关模块，电力电子开关模块的一端与机械开关模块的一端连接，电力电子开关模块的另一端作为初始电流通路的第二引出端子，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，电力电子开关模块由至少一个的半控型器件串联组成，机械开关模块由至少一个的机械开关串联组成。

所述的故障电流阻断通路由第一半控型器件模块，第二半控型器件模块，第三半控型器件模块，第一电容模块，第二电容模块，以及二极管模块组成。

第一半控型器件模块的阴极与第一电容模块的一端连接，作为故障电流阻断通路的第二引出端子；第一电容模块的另一端与二极管模块的阴极连接后与第二电容模块的一端连接；第二电容模块的另一端与第三半控型器件模块的阴极连接；第三半控型器件的阳极与第二半控型器件模块的阳极连接，作为故障电流阻断通路的第一引出端子，第一半控型器件模块的阳极与二极管模块的阳极连接后与第二半控型器件模块的阴极连接。