[发明专利]混合式直流断路器

权利要求书

1.一种无弧开断的混合式直流断路器，包括高速真空开关VB、LC强制转移电路、过电压限制电路以及控制系统，其中，

高速真空开关VB、LC强制转移电路以及过电压限制电路并联，

所述LC强制转移电路由预充电电容C、电感L和电力电子门极可关断器件串联组成，

所述LC强制转移电路两端的电压达到过电压限制电路的导通阈值时，过电压限制电路导通，使得高速真空开关两端电压被限制在一定范围；

所述控制系统监测系统电流和高速真空开关VB电流二者的电流值及变化率di/dt，并根据监测结果向高速真空开关VB和电力电子门极可关断器件发出相应的控制命令。

2.根据权利要求1所述的断路器，其中：

正常工作状态下，电流从高速真空开关VB流过，预充电电容C上充有一定的电压，且电压方向与电力电子门极可关断器件的开关导通压降方向相反，电力电子门极可关断器件处于关断状态，LC强制转移电路没有电流通过；

当系统发生短路时，如果检测到系统电流值超过阈值，则控制系统首先控制高速真空开关VB中的盘式斥力线圈放电回路导通，使得高速真空开关VB实现分闸动作，再控制电力电子门极可关断器件导通，LC强制转移电路的预充电电容C通过电力电子门极可关断器件、电感L和高速真空开关VB形成回路放电，放电电流方向与高速真空开关VB中电流方向相反。

3.根据权利要求1所述的断路器，其中，所述控制系统包括：系统电流传感器、高速真空开关电流传感器、LC强制转移电路电流传感器、过电压限制电路电流传感器以及、高速真空开关电压传感器和高速真空开关位移传感器，信号调理电路，高速AD，处理器和人机交互界面，其中，处理器完成系统电流和高速真空开关VB电流二者的幅值及变化率di/dt计算，人机交互界面实时显示混合式直流断路器状态及计算结果。

4.根据权利要求1所述的断路器，其中：所述高速真空开关VB由高速斥力机构和真空灭弧室组成；所述高速斥力机构由盘式斥力线圈、斥力盘、开关触头、缓冲装置和盘式斥力线圈放电回路组成；所述真空灭弧室触头为单点触头，所述斥力盘位于开关触头下方，通过中心主轴与开关触头的动触头相连。

5.根据权利要求4所述的断路器，其中：所述高速斥力机构中，盘式斥力线圈放电回路由直流电源U、预充电电容C1和晶闸管VT1组成，电容C1由直流电源U充电后通过控制晶闸管VT1导通驱动斥力盘运动，改变盘式斥力线圈放电回路中预充电电容C1的预充电电压可以改变高速斥力机构的运动速度。

6.根据权利要求1-5中任一所述的断路器，其中：所述电力电子门极可关断器件由IGCT，和/或IGBT，和/或GTO通过串并联形式组合而成。

7.根据权利要求1-6中任一所述的断路器，其中，所述过电压限制电路由氧化锌阀片或者正温度系数材料PTC通过串并联形式组合而成。

8.根据权利要求1-7中任一所述的断路器，还包括均压电容，所述均压电容并联在电力电子门极可关断器件两端，实现多个电力电子门极可关断器件串联均压。

9.一种用于权利要求1-8中任一所述的断路器的控制方法，包括以下步骤：

（1）当系统短路故障发生后，如果检测到系统电流超过阈值，则所述控制系统首先控制高速真空开关VB中的盘式斥力线圈放电回路导通，使得高速真空开关实现分闸动作，再控制电力电子门极可关断器件导通，此时LC强制转移电路的预充电电容C放电，其放电电流与高速真空开关VB中的电流方向相反，起到抵制高速真空开关VB中的电流的作用，使得流过高速真空开关VB的电流开始下降；

（2）当高速真空开关VB中电流降至阈值i2以下时，控制系统控制电力电子门极可关断器件关断，高速真空开关VB中电流上升，但不超过所述阈值i2，控制系统根据高速真空开关VB打开需要的延迟时间确定高速真空开关VB中电流上升时间，该上升时间完成后，控制电力电子门极可关断器件导通，高速真空开关VB电流下降；其中，重复导通和关断电力电子门极可关断器件，控制高速真空开关VB电流值始终处于所述阈值i2以下，并且电流整体呈下降趋势，从而降低高速真空开关VB电流过零点附近的变化率，实现平稳过零；

（3）在电流过零时，高速真空开关VB无弧打开；当LC强制转移电路两端电压达到系统过电压阈值时，过电压限制电路导通，使得高速真空开关VB两端电压被限制在一定范围；由于过电压限制电路两端电压高于系统电压，混合式直流断路器中流过的电流迅速下降至0，从而完成整个开断过程。