[实用新型]一种直流配电网全固态直流断路器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种直流配电网全固态直流断路器，属于电力电子技术领域，应用于10kV上下电压等级的直流配电网。

背景技术

随着多端直流输配电技术、直流微网和智能电网技术的发展，直流断路器作为在规定时间内承载、开断直流运行支路正常电流以及各种故障电流的开关设备，是提高直流配电系统稳定性、可靠性与灵活性的重要手段，是直流输、配电网运行、控制和保护的基础，成为系统安全运行和保护的关键设备，对防止故障范围扩大有着重大意义。直流电流没有过零点带来的灭弧问题、关断过程产生的过电压问题和能量吸收问题给研制高压大容量直流断路器带来巨大困难，直流断路器成为制约直流电网研究与应用的技术瓶颈之一。

传统的机械式直流断路器，动作时间达几十毫秒，不能满足直流系统快速清理故障的要求，且由于灭弧问题造成机械开关磨损，大大降低使用寿命；普通的全固态直流断路器动作速度快，但通态损耗较高；机械开关和固态开关构成的混合型直流断路器可靠性高，但对高速机械开关的制造提出了更高的要求；由振荡电路产生电流过零点的直流断路器，动作时间和关断电流等级较低，不能满足可靠、迅速清理故障的要求。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种通态损耗低、关断速度快、串联电力电子器件一致性和均压效果好、关断过电压和能量可靠吸收的新型全固态直流断路器。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

直流配电网全固态直流断路器，所述直流断路器包括辅助断路器支路、主断路器支路和能量吸收支路，三者为并联结构，其创新之处在于：

所述辅助断路器支路包括晶闸管开关单元和模块化全控器件开关单元，两者为串联结构。

其中，所述晶闸管开关单元由多组晶闸管单元串联构成，每组晶闸管单元中有两支晶闸管反并联，采用热管自冷散热方式。

其中，所述的模块化全控器件开关单元包括两支模块全控型器件反向串联构成，采用热管自冷散热方式。

所述主断路器支路包括串联压装全控器件开关单元、di/dt抑制和阀组保护单元。

其中，所述的全控器件串联开关单元采用压装结构，串联个数为N+1个，其中一个为冗余模块；由四支二极管构成桥式结构实现双向通流。

其中，所述的di/dt抑制和阀组保护单元由避雷器和熔断器串联构成，避雷器与熔断器各自的并联个数由开断能量决定。

所述能量吸收支路，采用的避雷器为无串联间隙的金属氧化物避雷器，由至少一个避雷器串联构成，串联个数由系统参数和保护电压等级决定。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

1)本实用新型提供的全固态直流断路器电路拓扑，由辅助断路器支路承担正常工作电流，串联器件个数少，通态损耗低；采用热管散热方式，长期通流散热性能好。

2)本实用新型提供的全固态直流断路器电路拓扑，由晶闸管开关单元承担关断耐压，可靠保护模块化全控器件开关单元，显著提高关断速度。

3)本实用新型提供的全固态直流断路器电路拓扑，辅助断路器和主断路器支路均由电力电子器件构成，显著提高开断速度。

4)本实用新型提供的全固态直流断路器电路拓扑，主断路器支路压装全控器件串联开关单元采用可靠驱动电路和吸收电路，器件动作一致性高，动态均压效果好。

5)本实用新型提供的全固态直流断路器电路拓扑，主断路器支路压装全控器件串联开关单元采用N+1个冗余结构，可靠性高。

5)本实用新型提供的全固态直流断路器电路拓扑，主断路器支路采用避雷器，在故障发生时可降低故障电流上升率，有效应对近端及远端故障。

6)本实用新型提供的全固态直流断路器电路拓扑，主断路器支路采用熔断器，在最严重故障情况下确保串联阀组不受损坏。

附图说明

图1是本实用新型提供的直流断路器拓扑结构示意图；

图2是本实用新型提供的直流断路器电路原理图；

图3是本实用新型提供的直流断路器辅助支路电路原理图；

图4是本实用新型提供的直流断路器主支路阀串电路原理图；

图5是本实用新型提供的直流断路器主支路阀串吸收电路原理图；

图6是本实用新型提供的直流断路器主支路di/dt抑制和阀组保护电路原理图；

图7是本实用新型提供的直流断路器关断时序图；

图8是本实用新型提供的直流断路器控制保护系统示意图；