[发明专利]一种具有选择性保护功能的混合式断路器

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有选择性保护功能的混合式断路器，特别涉及一种通过控制混合式断路器固态开关电路中的电力电子门极可关断器件轮流导通和关断系统实现选择性保护功能的断路器。

背景技术

由于高压直流输电系统短路电流上升非常快，其峰值在4ms内就会达到约100kA，传统的机械开关已远远不能满足开断要求。随着电力电子技术的不断发展，近年来，基于高速机械开关和电力电子器件固态开关的混合式断路器成为直流开断的研究热点。由于高压直流开断要求在很短时间内完成整个开断过程，一般短路电流转移至转移支路后断路器两端电压迅速上升，当能量吸收电路全部导通时，高速开关两端电压约为系统电压的1.5倍。但是，目前混合式开断在高速机械开关方面依旧存在缺陷，其高速机构运动速度存在限制，无法在很短时间内打开足够开距，承受系统过电压，因此高压应用场合并不满足要求。如何在电流转移至固态开关电路后在混合式断路器两端建立一定的压降限制短路电流上升，同时又要兼顾高速机械开关的击穿特性已经成为制约混合式断路器发展的一个重要因素。

同时，建立多端直流系统，通过直流联网，实现多电源供电、多落点受电已经成为高压直流输电技术的必然趋势。多端直流输电工程采用的控制和保护技术与传统的交流输电以及点对点直流输电存在很大的不同，由于其电压等级高，短路电流上升速率高，系统安全要求各级断路器分断过程有必要的延时保护，即在限制短路电流上升的同时不开断电流，因此固态开关电路两端需维持一定电压。而固态开关电路一般由电力电子门极可关断器件以及功率半导体器件组成，其持续通流时间及通流能力有限。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足或缺陷，本发明的目的在于提供一种具有选择性保护功能的混合式断路器，在开断过程中限制短路电流上升，实现短路延时保护。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有选择性保护功能的混合式断路器，包括：高速真空开关，所述高速真空开关用于快速分断电路，并且建立一定的击穿强度承受开断过程中的系统过电压；固态开关电路；能量吸收电路；缓冲电路，所述缓冲电路延缓电流从所述固态开关电路向所述能量吸收电路的转移；以及控制电路，所述控制电路分别控制高速真空开关和固态开关电路的导通与断开；高速真空开关、固态开关电路、缓冲电路、能量吸收电路通过并联形式连接。这样通过在混合式断路器开断过程中在能量吸收电路两端建立一定电压，抑制系统短路电流上升实现混合式断路器的选择性保护功能。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是根据本发明的一个示例性的电流从高速真空开关（FVB）向固态开关电路转移示意图；

图3是根据本发明的一个示例性的实现选择性保护的原理图；

图4是电力电子门极可关断器件流导通过程中电压下降延迟时间示意图；

图5是根据本发明的一个示例性的选择性保护过程中断路器的电压和电流波形图；

图6是根据本发明的一个示例性的控制电路的框图。

具体实施方式

参见图1，根据本发明的一种具有选择性保护功能的混合式断路器包括高速真空开关FVB(Fast-opening Vacuum Break)、固态开关电路、缓冲电路、能量吸收电路以及控制电路，高速真空开关、固态开关电路、缓冲电路、能量吸收电路通过并联形式连接。其中固态开关电路包括通过串并联形式组合或者与晶闸管组合使用的多个电力电子门极可关断器件，其中电力电子门极可关断器件可以为IGCT、IGBT或者GTO。缓冲电路可以使得电流从固态开关电路向能量吸收电路的转移过程存在一定的延迟时间，从而限制转移过程过电压，作为一个示例，缓冲电路可以为电容。能量吸收电路能够吸收短路电流的能量，并在固态开关电路建立起一定的电压，作为一个示例，能量吸收电路由氧化锌阀片组成的金属氧化物避雷器MOV或者具有正温度系数的PTC材料组成。控制电路能够监测系统中的电流幅值和电流变化率，并能够分别控制高速真空开关和固态开关电路导通与断开。