[发明专利]一种混合型直流断路器

说明书

技术领域

本发明涉及一种断路器，具体涉及一种混合型直流断路器拓扑。

背景技术

快速直流断路器是保证直流输配电系统和直流电网安全稳定可靠运行的关键设备之一。与交流系统不同的是，直流系统的电流不存在自然过零点，因此直流系统中无法像交流系统一样利用电流的自然过零点关断，直流电流的开断问题一直是一个值得研究的课题。

目前开断直流电流通常有两种方式，第一种是纯电力电子断路器，如ABB申请的专利CN102870181A，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。

第二种是混合断路器技术，即在传统的交流机械断路器的基础上，通过增加辅助的电力电子电路，投入限流电阻以降低短路电流或在开断弧间隙的直流电流上叠加振荡电流，利用电流过零时开断电路。利用这种原理制造的混合式断路器，其对机械开关有特殊要求，在分断时间上较难满足直流输电系统的要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种混合式快速直流断路器。本发明具有稳态运行时损耗小、出现短路故障时无电弧切断、响应迅速等特点。

本发明直流断路器拓扑结构包括：三个电感、三个机械开关、四个电容、一个限压器和四个电子开关。第一电感的第二引出端子与第一机械开关的第一引出端子连接，第一电容的第一引出端子、第一机械开关的第二引出端子和第二机械开关的第一引出端子连接作为第一连接点，第二机械开关的第二引出端子和第一电子开关的第一引出端子连接，第一电子开关的第二引出端子、第二电子开关的第一引出端子、限压器的第一引出端子和第二电容的第一引出端子连接作为第二连接点，第二电子开关的第二引出端子和第三电子开关的第一引出端子连接，限压器的第二引出端子、第三电子开关的第二引出端子、第三电容的第一引出端子和第三机械开关的第一引出端子连接作为第三连接点，第三机械开关的第二引出端子和第二电感的第一引出端子连接，第二电感的第二引出端子、第四电子开关的第一引出端子和第三电感的第一引出端子连接作为第四连接点，第四电子开关的第二引出端子与第四电容的第一引出端子连接，第一电容的第二引出端子、第二电容的第二引出端子、第三电容的第二引出端子、第四电容的第二引出端子和接地或中性线连接，第一电感的第一引出端子作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线连接，第三电感的第二引出端子作为直流断路器的第二引出端子与直流输电线的另一端连接。第一电子开关、第二机械开关和第三机械开关有多种组成形式，例如机械开关模块与电力电子开关模块串联、机械开关、电力电子开关模块串联等。

在直流输电线路无故障时，所述的第一机械开关、第二机械开关、第三机械开关、第一电子开关、第二电子开关和第三电子开关均处于闭合状态为线路电流提供通路。当检测到线路短路故障或当检测到第三电感或第一电感上流过的电流超过限定值时，立即开始分断第二机械开关、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第一机械开关和第三机械开关。在完全断开第二机械开关之前，第一连接点与第二连接点电位差维持在较低的水平，并且第一电感、第一机械开关和第一电容为第一连接点之前故障电流提供续流通路，第二电容、第二电子开关、第三电子开关、第三机械开关、第二电感和第三电感为第二连接点之后故障电流提供续流通路，以便于第二机械开关快速断开。第一机械开关在电流过零时断开第一连接点之前故障电流续流回路。第二连接点之后故障电流回路断开步骤为：通过短时触发第四电子开关实现第二电感上电流快速过零，进而实现第三机械开关的快速断开，通过第二电子开关、第三电子开关和第四电子开关的触发配合，可以实现第三机械开关上电流两次过零，如果第三机械开关在电流第一次过零时不能完全断开，则还有一次过零断开的机会。第四连接点之后的电流回路在电流过零点时自然关断，从而实现对整个故障线路的分断。

所述的第一电子开关包括至少一个电力电子全控器件串联组件，第一电子开关两端可以选择性的并联限压器；第二电子开关和第三电子开关包括至少一个电力电子全控或半控器件串联组件；第四电子开关包括至少一个电力电子半控器件串联组件；所述的第一机械开关由机械开关模块或者电力电子开关模块组成，所述的第二机械开关包括至少一个机械开关串联组件；所述的第三机械开关包括至少一个机械开关串联组件。

本发明也可以在第一连接点和第二连接点之间选择性的并联电容。

所述的第一电容、第二电容、第三电容和第四电容含有预充电电路。