[发明专利]一种双向分断的混合式断路器

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的混合式断路器，特别涉及一种通过控制转移电流电路中功率半导体器件导通时序改变转移电流电路中的电流方向来限制开断过程中断路器两端开断过电压上升速率的混合式断路器，并且其属于双向的混合式断路器。

背景技术

由高速机械开关与大功率半导体器件组成的混合型断路器具有通流容量大、关断速度快、限流能力强等优点，已经成为大容量系统开断领域的研究热点。混合型断路器为了限制、分断高上升率短路电流，必须反应迅速、动作可靠，从而能够在短路故障发生初期切断故障电路。一般来说，功率半导体器件的动作速度极快，因而机械开关的反应速度成为制约混合式断路器开断性能的瓶颈。同时由于混合型断路器在切断短路电流时机械开关两端会出现大于系统电压的瞬态过电压，因此对于混合式断路器的控制系统设计提出了更高的要求，通过调整转移电流电路的拓扑结构控制短路情况下两端的电压上升速率，使高速机械开关触头间隙可以承受开断过程过产生的电压，保证可靠分断。

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新型的混合式断路器及其控制方法。通过控制转移电流电路的功率半导体器件按照一定时序导通，可以有效限制断路器两端的过电压上升速率，并且由于开断过程中电容电流经过了两次转移，断路器开断完成后预充电电容上的电压方向与动作前的预充电电压方向一致，省去了电容C的充电过程。所述混合式断路器所有功率半导体器件均为双向导通，因此混合式断路器具有双向导通和分断功能。

当转移电流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，使得主电流电路两端电压被限制在一定范围；控制系统监测主电流电路和转移电流电路中电路1的电流幅值和电流变化率，并根据监测结果控制高速机械开关和转移电流电路按照一定时序动作。

具体的，本发明采用如下技术方案：

一种双向分断的混合式断路器，所述断路器包括主电流电路，转移电流电路、过电压限制电路，控制系统，以及系统的接入端S1和接入端S2，并且主电流电路、转移电流电路以及过电压限制电路并联，其特征在于：

(1)所述主电流电路由高速机械开关和功率半导体器件A0串联组成，其中：所述接入端S1连接所述高速机械开关的一端，以便实现所述接入端S1与所述主电流电路一端的连接；所述高速机械开关的另一端与所述功率半导体器件A0的一端相连；所述功率半导体器件A0的另一端则连接所述接入端S2，以便实现所述接入端S2与所述主电流电路的另一端的连接；

(2)所述转移电流电路包括功率半导体器件A1组成的电路1，电感L_0和功率半导体器件A2串联组成的电路2，电感L_1和功率半导体器件A3串联组成的电路3，功率半导体器件A4组成的电路4以及一预先充有一定电压的预充电电容器C，并且所述电路1与所述电路4串联，所述电路2则与所述电路3串联，其中：

(A)所述电路1和所述电路4串联组成转移电流电路支路14，且所述支路14与所述主电流电路并联，并且：所述接入端S1连接所述功率半导体器件A1的一端，以便实现与所述支路14的一端的连接；所述功率半导体器件A1的另一端则与所述功率半导体器件A4的一端连接以便实现所述电路1和所述电路4的串联；所述功率半导体器件A4的另一端则与所述接入端S2连接，以便实现所述支路14的另一端与所述接入端S2的连接，从而实现所述支路14与所述主电流电路的并联；

(B)所述电路2和所述电路3串联组成转移电流电路支路23，且所述支路23与所述主电流电路并联，并且：所述接入端S1连接所述电感L0的一端，以便实现与所述支路23的一端的连接；所述电感L0的另一端则连接所述功率半导体器件A2的一端；所述功率半导体器件A2的另一端则连接所述电感L_1的一端，以便实现所述电路2与所述电路3的串联；所述电感L_1的另一端则与所述功率半导体器件A3的一端连接；所述功率半导体器件A3的另一端则与所述接入端S2连接，以便实现所述支路23的另一端与所述接入端S2的连接，从而实现所述支路23与所述主电流电路的并联；

(C)所述电路1和所述电路4之间的端点，与所述电路2和所述电路3之间的端点，这两个端点之间则连接所述预充电电容器C；

(D)所有功率半导体器件均为双向导通的功率半导体器件；