[发明专利]一种半控型有源注入电流式高压直流断路器及其实现方法

权利要求书

1.一种半控型有源注入电流式高压直流断路器，其特征在于，所述断路器包括高速开关-晶闸管模块支路、以及与该支路并联的非线性电阻器支路和桥式电路；电容器-电抗器串联支路和电阻-晶闸管阀串联支路并联后连接于所述桥式电路两个桥臂的中点处；在电容器两端并联有充电回路。

2.如权利要求1所述的半控型有源注入电流式高压直流断路器，其特征在于，所述高速开关-晶闸管模块支路包括串联连接的高速开关K和至少一组晶闸管模块，所述晶闸管模块由反方向并联的晶闸管T₁₀和晶闸管T₂₀组成；所述高速开关K由至少一个机械开关组成，当包括两个以上机械开关时，为串联结构。

3.如权利要求2所述的半控型有源注入电流式高压直流断路器，其特征在于，所述晶闸管模块或由IGBT模块实现，所述IGBT模块包括两个反方向串联的IGBT，所述IGBT两端均并有反向续流二极管D。

4.如权利要求1所述的半控型有源注入电流式高压直流断路器，其特征在于，所述非线性电阻器支路采用金属氧化物限压器MOV实现；

由二极管阀串联支路和晶闸管阀串联支路并联后分别组成所述桥式电路的两个桥臂，所述二极管阀串联支路由反方向串联的二极管阀D₁和二极管阀D₂组成；所述晶闸管阀串联支路由反方向串联的晶闸管阀T₁和晶闸管阀T₂组成。

5.如权利要求4所述的半控型有源注入电流式高压直流断路器，其特征在于，所述二极管阀串联支路或由晶闸管阀串联支路代替，所述晶闸管阀串联支路由反向串联的晶闸管阀T₄和晶闸管阀T₅实现；

二极管阀均由二极管串联组成；晶闸管阀均由晶闸管串联组成。

6.如权利要求1所述的半控型有源注入电流式高压直流断路器，其特征在于，所述充电回路包括直流电源DC、至少一个全控器件、晶闸管阀T₆串联支路和电容器C；所述直流电源DC通过至少一个全控器件和晶闸管阀T₆串联支路与电容器C相连；所述全控器件采用IGBT以及与其反并联的二极管实现；所述晶闸管阀T₆串联支路由晶闸管串联组成。

7.如权利要求1所述的半控型有源注入电流式高压直流断路器，其特征在于，所述电容器-电抗器串联支路由电容器C和电抗器L串联组成；所述电阻-晶闸管阀串联支路由电阻R与晶闸管阀T₃串联组成。

8.如权利要求7所述的半控型有源注入电流式高压直流断路器，其特征在于，所述电阻-晶闸管阀串联支路或由电阻R、晶闸管阀T₃和电抗器L₁串联组成。

9.一种半控型有源注入电流式高压直流断路器的实现方法，其特征在于，所述方法针对直流系统正常运行和发生接地短路故障两种情况实施不同的操作；当发生接地短路故障时，通过控制充电回路中的全控器件实现直流电源DC与电容器C的隔离。

10.如权利要求9所述的半控型有源注入电流式高压直流断路器的实现方法，其特征在于，当直流系统正常运行时，所述高速开关K闭合，晶闸管T₂₀和T₁₀保持触发，电流经高速开关K和晶闸管模块流通，晶闸管阀T₁、T₂、T₃保持闭锁，充电回路全控器件和晶闸管阀T₆触发对电容C充电。

11.如权利要求9所述的半控型有源注入电流式高压直流断路器的实现方法，其特征在于，当直流系统发生接地短路故障时，首先闭锁充电回路中全控器件，将直流电源DC与电容器C隔离，同时停发晶闸管T₂₀和T₁₀的触发脉冲；随后依据短路电流方向，触发晶闸管阀T₁或者T₂，预充电电容器C经过电抗器L放电注入方向电流，流过高速开关K的短路电流向晶闸管阀T₂、电容器C、电抗器L和二极管阀D₂所在支路，或者晶闸管阀T₁、电容器C、电抗器L和二极管阀D₁所在支路转移直至过零；

高速开关-晶闸管模块支路电流过零后，分断高速开关K；

短路电流对电容器C充电，电容器C电压极性反转并逐渐增大，达到第一电压水平时，非线性电阻器阻抗降低，短路电流转移至非线性电阻器支路中被消耗吸收，断路器完成分断；所述第一电压水平指的是高于系统电压的电压水平；

在短路电流完全转移至非线性电阻器支路后，触发晶闸管阀T₃，电容器C电压将会振荡反向，电阻R消耗能量，电容器C电压恢复至断路器动作前的预充电电压水平，随后触发充电回路，维持电容器C电压，使断路器准备投入下一次使用。