[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流系统的断路器，具体涉及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。

背景技术

随着基于电压源换流器（VSC）的多端柔性直流和直流电网技术的开始应用，快速直流断路器成为保证系统稳定安全可靠运行的关键设备之一。在交流系统中，交流电流在一个周期内存在两个自然过零点，交流断路器正是利用电流的自然过零点关断电流，而在直流系统中，直流电流不存在自然过零点，因此直流电流的开断远比交流电流的开断困难。

开断直流电流通常有三种方式，一种是在常规交流机械断路器的基础上，通过增加辅助电路，在开断弧间隙的直流电流上迭加增幅的振荡电流，利用电流过零时开断电路，利用这种原理制造的机械式断路器，在分断时间上无法满足多端柔性直流输电系统的要求；一种是利用大功率可关断电力电子器件，直接分断直流电流，利用这种原理制造的固态断路器，在时间上虽然可以满足多端柔性直流系统的要求，但在正常导通时的损耗过大，经济性较差；一种是采用机械开关和电力电子器件混合的方式，正常运行由机械开关通流，故障时分断机械开关，利用产生的电弧电压将电流转移至并联连接的电力电子器件支路中，然后由电力电子器件分断电流。基于该原理断路器既减低了通态损耗，又提高了分断速度，但是需要使用大量的全控器件串联，技术难度大，制造成本高，而且当短路电流超过单个全控器件所能耐受电流峰值时，其成本将接近翻倍。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种半控型有源注入电流式高压直流断路器，另一目的是提供一种半控型有源注入电流式高压直流断路器的实现方法，本发明基于传统有源注入电流方式分断直流电流原理，在此基础上加入半控型电力电子器件，并采用高速机械开关，保持了在正常导通时低损耗的优点，而且能够实现快速、无弧地分断双向电流。电路拓扑结构简单，控制简便，技术成熟，易于实现，分断电流能力大，耐受电压等级高，扩展能力强，且使用的电力电子器件数目少，极大程度上降低了成本。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种半控型有源注入电流式高压直流断路器，其改进之处在于，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。

其中，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（主支路上的晶闸管只需要单只，保证低损耗）；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。

其中，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。

其中，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。

其中，所述二极管阀串联支路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。

其中，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。

其中，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。

其中，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。