[发明专利]一种主动式故障限流电路及全固态直流断路器

说明书

本发明公开一种主动式故障限流电路及全固态直流断路器，涉及半导体器件领域，主动式故障限流电路正常运行时，全固态直流断路器的限流电感被低导通损耗的RB‑IGCT旁路；线路电流大于限流阈值时，限流电感投入线路抑制故障电流，线路电流继续增长至大于继电保护电流整定值时，断路器分闸；断路器合闸阶段先投入限流电感，待电流达到稳态时旁路限流电感；若发生下一段故障且下一段断路器已动作，本段断路器的限流电感退出运行。本发明可以降低断路器的通态损耗，减小在高效率全固态直流断路器中串联电抗器损耗对断路器效率的影响，通过时序控制可以提高主动式故障限流电路在继电保护系统中的适用性。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，具体的是一种主动式故障限流电路及全固态直流断路器。

背景技术

相比于传统交流配电网，直流配电网不存在频率和相位同步等问题，使得分布式电源接入更加简单，技术上有利于解决新能源消纳问题，且具有稳定性高、控制灵活、电能质量高等特点，成为未来能源互联网电力配用的重要发展方向。直流断路器承载稳态电流，隔离故障，是保障直流配电网安全可靠运行的关键设备。全固态直流断路器是指不含机械动作元件的直流断路器，和机械式直流断路器相比具有故障响应快、关断迅速、无弧光的优点。随着近年来功率半导体器件的更新换代，利用新型IGCT、SiC-MOSFET/JFET等器件作为断路器主关断器件，可使断路器通态损耗较使用IGBT的断路器进一步减小，关断速度进一步提高。但是和机械式开关相比，功率半导体器件的最大承受电流有限，尤其在断路器近端线路发生严重故障(如极间短路)时，需在主电路中设计故障限流电路从而保护主关断器件。传统限流电路由串联电抗器和RD吸收回路构成，但缺点是通态损耗较大，甚至能够抵消采用新型功率半导体器件带来的减损效果。另一方面，限流电路的存在虽然可以保护主关断器件，但是影响断路器动作的灵敏度，因此需要在限流电路和继电保护动作的电流整定值之间引入权衡机制。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种主动式故障限流电路及全固态直流断路器，本发明解决传统故障限流电路会增加全固态直流断路器的通态损耗、进而削弱新型功率半导体器件减损的优势，同时，解决了限流电路的引入与继电保护的灵敏度之间的矛盾。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种主动式故障限流电路，包括：

主关断器件S₁和S₂，针对不同类型的IGCT元件应采取不同的串并联方式；

与主关断器件并联的缓冲电路MOV₁与吸收电路MOV₂，采用两组电路兼顾电压尖峰抑制效果和能量吸收能力；

还包括限流电感L_limit，一对反并联的反向阻断型集成门级换流晶闸管(RB-IGCT)S₃与S₄，小电感值电感L_h，一对反并联全控型器件S₅、S₆，双向触发二极管DIAC以及耗能电阻R_d；

在功率按照一个方向传输时，S₃触发导通并承担工作电流，限流电感被旁路；

断路器分闸操作：检测到线路电流大于正常工作阈值时，S₅首先导通，S₃紧接关断，限流电感投入主电路，故障电流由S₃的小电感支路转移至S₅的大电感支路，当检测到故障电流进一步增加至主关断器件的动作阈值时，S₁关断，这一过程中限流电感产生一瞬时高电压，该电压使DIAC导通，从而使限流电感残流通过RLD回路释放；