[发明专利]断路器、断路系统、电力系统以及操作方法

说明书

本发明涉及一种断路器、断路系统、电力系统以及操作方法。本公开涉及断路器以及包括断路器的断路系统。本公开公开了一种断路器，该断路器包括：可关断电路，包括能够在第一方向上导通和关断的第一支路和能够在与第一方向相反的第二方向上导通和关断的第二支路，所述第一支路和第二支路包括共同的功率开关器件，并分别包括与所述功率开关器件耦接的整流功率二极管，其中所述可关断电路包括第一端子和第二端子；缓冲电路，与所述可关断电路耦接，用于在所述断路器的关断过程中缓冲电能量。

技术领域

本公开涉及断路器、包括断路器的断路系统、包括断路系统的电力系统，以及用于操作断路器的方法。

背景技术

面对经济社会的快速发展，用户对电力系统提出了环境友好、安全可靠和成本经济等要求。直流电力系统在较大容量的电力传输、分布式能源接入，提供无功补偿等方面显示出明显的优势，因此直流电力系统日趋成为现阶段电网的主要发展趋势，而用于电力系统，特别是用于直流电力系统的断路器以及断路系统是电力系统的关键部件。

发明内容

随着半导体技术的不断发展，在直流电力系统中利用电力电子功率开关器件进行开断的直流断路器技术受到广泛关注。由于电力电子器件需要耐受高电压和高电流，本身价格昂贵，造成断路器成本极高。现有技术中还存在电力电子器件(包括开关器件以及诸如二极管等其他器件)易损坏等问题。另一方面，对于电力系统，往往希望断路器能够实现电流的双向切断。

在电力电子领域以及相关领域中所使用的二极管通常可以分为两类：快恢复二极管；以及普通功率二极管(这里，也称作整流功率二极管)。在需要考虑电力系统中的反向振荡以及反向恢复的情况下，本领域技术人员通常不采用普通功率二极管，这主要是因为反向恢复时间的不同规格导致的，快恢复二极管的反向恢复时间要比普通功率二极管短得多，换而言之，快恢复二极管的额定工作频率要比普通功率二极管的额定工作频率高得多；反向恢复时间较长可能会导致不期望的可靠性的降低。但是，相比整流功率二极管，快恢复二极管结构和制造工艺更加复杂，成本要昂贵得多。在目前的市场上，快恢复二极管价格是普通功率二极管的近乎五倍甚至更高。功率开关器件则更加昂贵，例如，作为功率开关器件的常用IGBT的价格则可能是普通功率二极管的近乎25倍甚至更高。

另外，由于断路器常常用于电力主干网络的电力传输，因此这样的应用对于断路器及其内部器件的可靠性提出了极高的要求。因此，本领域技术人员在面对这样的极高的要求时，往往都是以成本为代价，例如使用更昂贵的高性能的器件而不是价格相对较低的普通器件，或者使用多个更加昂贵得多的功率开关器件，来满足可靠性要求和/或提供设计灵活性或提供冗余性(其也可看作一种提高可靠性的手段)。

为了减轻或者消除部分或者全部上述的问题及其他问题，本申请的发明人对断路器进行了长时间苦心钻研，提出了如在此公开中要求保护的新颖的断路器、断路系统、电力系统，以及用于操作断路器的方法。其具有新颖的结构，并且是成本有效的，以经济的成本实现高可靠性。

根据一个实施例，提供了一种断路器，该断路器包括：可关断电路，包括能够在第一方向上导通和关断的第一支路和能够在与第一方向相反的第二方向上导通和关断的第二支路，所述第一支路和第二支路包括共同的功率开关器件，并分别包括与所述功率开关器件耦接的整流功率二极管，其中所述可关断电路包括第一端子和第二端子；以及缓冲电路，与所述可关断电路耦接，用于在所述可关断电路的关断过程中缓冲电能量。

根据一个实施例，所述第一支路包括所述功率开关器件和分别耦接在所述功率开关器件的上游和下游的被配置为能够沿所述第一方向导通的整流功率二极管，以及所述第二支路包括所述功率开关器件和分别耦接在所述功率开关器件的上游和下游的被配置为能够沿所述第二方向导通的整流功率二极管。