[发明专利]一种高压混合式直流断路器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统故障保护技术领域，具体涉及一种高压混合式直流断路器，以及其控制方法。

背景技术

随着直流电力系统不断地向高压、大容量方向发展，传统的机械断路器越来越不能满足系统故障保护的需求，混合式直流断路器是直流电力系统故障保护技术发展的新方向。尤其是在高压直流输电领域，由于真正具有短路分断能力高压直流断路器技术的落后，阻碍了高压直流输电系统向多端系统的发展。随着柔性直流输电技术的不断发展，迫切需要能够实现短路电流分断的高压直流断路器。

混合式直流断路器的两种基本结构分别是零电流开关和零电压开关。

如图1所示，零电流开关通过LC强迫换流电路实现机械开关S电流过零分断，机械开关S电流过零时di/dt很高，导致大电流分断可靠性较低。

如图2所示，零电压开关通过机械开关S分断时的电弧电压，实现电流向全控型半导体器件IGBT的转移，然后通过IGBT将电流关断；在高压系统中，机械开关S和IGBT之间回路的杂散电感很大，机械开关S较低的电弧电压难以实现短路电流的快速转移，致使分断失败。

西门子公司的混合式断路器专利(W02013/093066A1)和ABB公司的混合式断路器专利(W02011141054A1)均采用机械开关和全控型半导体开关串联作为主电流通路，分断过程中全控型半导体开关关断迫使电流向旁路电容或半导体开关中转移，实现机械开关电流过零分断。由于主电流通路中全控型半导体开关通态压降较大，导致断路器长期导通损耗较大，半导体开关需要额外配置散热设备。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的之一是提供一种高压混合式直流断路器，能显著减小断路器长期通流损耗，加快分断过程中的电流转移速度，提高断路器的分断能力及工作可靠性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高压混合式直流断路器，包括主电流电路、电流转移电路、能量吸收电路、系统接线端J1和J2，所述的主电流电路、电流转移电路和能量吸收电路并联，并联电路的第一联结端与所述的系统接线端J1连接，并联电路的第二联结端与所述的系统接线端J2连接；所述的主电流电路包括真空开关模块VB和磁场发生电路，所述真空开关模块VB是至少由一个真空开关构成的串并联组件，所述真空开关是基于电磁斥力原理构成的快速真空开关；所述的磁场发生电路是由预充电电容C1、线圈L1和控制开关S1依次串联构成的脉冲磁场回路，所述的真空开关模块VB和磁场发生电路之间没有电气连接关系，所述的线圈L1与所述的真空开关模块VB尽量靠近，线圈L1的法向与真空开关模块VB中电流方向垂直；所述的电流转移电路包括至少由一个半导体开关串并联构成的半导体开关组件T；所述的能量吸收电路是由多个压敏电阻单元串并联构成的压敏电阻组件MOV。

所述的一种高压混合式直流断路器，其磁场发生电路中的控制开关S1接通时，所述的预充电电容C1通过所述的线圈L1放电，所述的线圈L1产生与所述的真空开关模块VB中电流方向垂直的横向磁场B。

所述的一种高压混合式直流断路器，其半导体开关组件T由至少一个全控型半导体器件串并联构成，所述的全控型半导体器件为GTO、IGCT或IGBT。

所述的一种高压混合式直流断路器，其半导体开关组件T由至少一个半控型半导体器件串并联构成，所述的半控型半导体器件采用晶闸管时，晶闸管两端需要并联强迫关断电路；所述的强迫关断电路由预充电电容C2、电感L2和控制开关S2依次串联构成，所述的控制开关S2为至少由一个晶闸管或真空触发开关串并联构成的开关组件；所述的控制开关S2接通时，所述的预充电电容C2通过所述的电感L2放电产生脉冲大电流，迫使所述的半导体开关组件T电流过零关断。

所述的一种高压混合式直流断路器，采用以下任一方式实现双向分断功能：

半导体开关组件T采用全控型半导体器件反向串联组件T1或二极管桥式电路与单相全控型半导体器件构成的组件T2；

半导体开关组件T采用晶闸管反向并联组件T3、二极管桥式电路与单相晶闸管构成的组件T4实现断路器的双向分断功能，所述的半导体开关组件T3或T4通过预充电电容、电感与晶闸管桥构成的桥式强迫关断电路T5进行关断。

本发明的目的之二是提供一种高压混合式直流断路器的控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高压混合式直流断路器的控制方法，包括如下步骤：

a)、在高压直流电力系统正常工作阶段，主电流电路中的真空开关模块VB处于闭合状态，导通负载电流；