[发明专利]一种混合式高压直流断路器及其实现方法

说明书

本发明公开了一种混合式高压直流断路器及其实现方法，直流断路器串联接于直流系统中，具体包括相互并联连接的通态支路、预转移支路、再转移支路和耗能支路；通态支路包括串联连接的至少一个快速机械开关和包含全控器件的第一电流转移模块；预转移支路包括串联连接的第一电感、第一半控器件晶闸管串联模块和包含全控器件的第二电流转移模块；再转移支路包括串联连接的第二电感、第二半控器件晶闸管串联模块和电容器；耗能支路由非线性电阻构成。直流断路器实现方法包括当直流系统正常运行及发生短路故障时对应的操作。本发明在保证足够快的分断速度和低损耗的前提下，采用半控器件晶闸管，分断电流能力大，耐受电压等级高，极大程度上降低了成本。

技术领域

本发明涉及一种断路器及其实现方法，具体涉及一种混合式高压直流断路器及其实现方法。

背景技术

随着多端直流输电技术的发展，高压直流断路器将成为保证系统安全稳定运行的关键设备之一。多端高压直流输电系统由于电压等级高、线路阻抗小，一旦发生线路短路故障，将很快影响到直流输电网络和交流网络，必须迅速切除故障。因此，高压直流断路器需要动作速度快，能够最大限度的减小故障持续时间或抑制故障电流，减小故障对交/直流输电网络的冲击。

目前直流断路器技术通常有三种方式，1)LC谐振直流断路器：在常规交流机械断路器的基础上，通过增加辅助电路，在开断弧间隙的直流电流上迭加增幅的振荡电流，利用电流过零时开断电路，利用这种原理制造的机械式断路器，在分断时间和分断电流能力上无法满足多端柔性直流输电系统的要求；2)固态直流断路器，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；3)混合式直流断路器：采用机械开关和电力电子器件混合的方式，正常运行由机械开关通流，故障时分断机械开关，利用产生的电弧电压将电流转移至并联连接的电力电子器件支路中，然后由电力电子器件分断电流。基于该原理断路器既减低了通态损耗，又提高了分断速度，但是需要使用大量的全控器件串联，技术难度大，制造成本高，而且当短路电流超过单个全控器件所能耐受电流峰值时，其成本将接近翻倍。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种混合式高压直流断路器及其实现方法，在保证足够快的分断速度和低损耗的前提下，主要采用半控器件晶闸管，技术成熟，易于实现，分断电流能力大，耐受电压等级高，极大程度上降低了成本。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的一种混合式高压直流断路器，串联接于直流系统中，混合式高压直流断路器包括相互并联连接的通态支路、预转移支路、再转移支路和耗能支路；所述通态支路包括串联连接的至少一个快速机械开关D和包含全控器件的第一电流转移模块M1；所述预转移支路包括串联连接的第一电感L1、第一半控器件晶闸管串联模块S1和包含全控器件的第二电流转移模块M2；所述再转移支路包括串联连接的第二电感L2、第二半控器件晶闸管串联模块S2和电容器C；所述耗能支路由非线性电阻R构成。

上述第一电流转移模块M1和第二电流转移模块M2包括非线性电阻R1和至少一个由两只反向串联连接的全控型功率开关器件模块，所述非线性电阻R1并联在串联连接的全控型功率开关器件模块两端，全控型功率开关器件两端均反并联有二极管。

上述第一电流转移模块M1和第二电流转移模块M2包括非线性电阻R2和至少一个由四只全控型功率开关器件及电容器C1组成的全桥模块，所述非线性电阻R2并联在串联连接的全桥模块两端，全控型功率开关器件两端均反并联有二极管。

上述第一电流转移模块M1和第二电流转移模块M2包括非线性电阻R3和反向并联的两组单向通流模块，所述非线性电阻R3和反向并联的两组单向通流模块相互并联，所述单向通流模块由至少一对全控型功率开关器件和不控器件(不控器件为二极管)正向串联连接构成。