[发明专利]直流断路器和保护系统

说明书

一种直流断路器(100)和保护系统(1)，直流断路器(100)包括：开关模块(101)，包括第一开关(K1)和第二开关(K2)，第一开关(K1)和第二开关(K2)在直流断路器(100)的第一端子(111)与直流断路器(100)的第二端子(112)之间串联连接；电流注入模块(102)，包括电感器(L1)、电流注入开关(S1)以及电容器(C1)，电感器(L1)、电流注入开关(S1)以及电容器(C1)在直流断路器(100)的第一端子(111)与在第一开关(K1)和第二开关(K2)之间的中间节点(113)之间串联连接；能量吸收模块(E1)，与电流注入开关(S1)和电容器(C1)并联连接或与第一开关(K1)并联连接，并且被配置为将跨电容器(C1)的电压限制为预定水平；以及预充电模块(103)，与电容器(C1)并联连接并且被配置为对电容器(C1)预充电。

技术领域

本公开的实施例总体涉及直流断路器领域，更具体地，涉及具有电流注入开关的直流断路器。

背景技术

随着可再生能源和直流(DC)电力使用的增加，直流配电网络的建设也在增加。作为直流配电网络中设备的关键部件之一，直流断路器越来越多地被使用。

直流配电网络中的机械式DC断路器的操作原理是使用预充电电容器和电抗器来形成LC振荡电路。预充电电容器的放电将生成高频振荡电流，其峰值高于流过DC断路器的直流配电网络的系统电流。当高频振荡电流与系统电流叠加时，电流的过零出现在断路器中，并且DC断路器切断过零点附近的电流。

目前，与固态和混合断路器相比，机械式DC断路器更节省成本。结果，机械式DC断路器适合于直流配电网络中的DC断路器的普及。

然而，机械式DC断路器通常具有长的断开时间。随着DC短路电流快速上升，断开时间越长，电流断开越难。因此，DC断路器的长断开时间可能导致电流断开的失败。此外，机械式DC断路器需要在快速重合闸应用中使用双预充电电容器电路。因此，在机械式DC断路器中使用的电容器的数量加倍，导致具有大体积和高成本的复杂断路器结构。

因此，存在用于减少机械式DC断路器的断开时间并且无需附加的预充电电容器电路而实现DC断路器的双向电流快速重合闸功能的方法的需要。

发明内容

鉴于前述问题，本公开的各种示例性实施例提供了用于减少机械式直流断路器的断开时间并且无需附加的预充电电容器电路而实现直流断路器的双向电流快速重合闸功能的直流断路器。

在本发明的第一方面中，本发明的示例性实施例提供了直流断路器。该直流断路器包括：开关模块，该开关模块包括第一开关和第二开关，二者在直流断路器的第一端子和直流断路器的第二端子之间串联连接；电流注入模块，该电流注入模块包括电感器、电流注入开关、以及电容器，三者在直流断路器的第一端子和在第一开关和第二开关之间的中间节点之间串联连接；能量吸收模块，该能量吸收模块与电流注入开关和电容器并联连接或与第一开关并联连接并且被配置为将跨电容器的电压限制为预定水平；预充电模块，该预充电模块与电容器并联连接并被配置为对电容器预充电。

在一些实施例中，电流注入开关包括晶闸管和与晶闸管反并联连接的二极管，并且其中晶闸管的阳极连接至电容器，并且晶闸管的阴极连接至电感器。

在一些实施例中，电流注入开关包括IGBT和与IGBT反并联连接的二极管，并且其中IGBT的漏极连接至电容器，并且IGBT的源极连接至电感器。

在一些实施例中，能量吸收模块包括变阻器。

在一些实施例中，预充电模块包括彼此串联连接的电源和电阻器。

在一些实施例中，第一开关包括多断口电磁排斥真空开关。