[实用新型]一种全固态直流断路器

说明书

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，具体涉及一种全固态直流断路器拓扑。

背景技术

随着直流输配电技术的发展，传统直流输电和轻型直流输电技术成为了未来电网发展的重要方向。在多端直流输电系统中，直流断路器作为故障保护设备，成为了系统安全运行存在的重要设备之一。直流断路器在切断故障电流过程中，没有电流过零点。因此，直流断路器的研制面临着更多困难。

通常采用机械开关构成的直流断路器，为了解决开断电流过程中的电弧问题，需要增加辅助的振荡电路，制造关断过程中的电流过零点，使得机械开关可以在零电流条件下关断。但电路结构往往比较复杂且分断时间难以满足系统要求。机械开关和固态开关构成的混合直流断路器，其关断特性同样受到机械开关特性的制约，对于机械开关的分断速度提出了过高的要求。普通全固态直流断路器，由于需要直接正反串联多个全控的功率器件，损耗和成本都比较高，对于全控器件的控制一致性要求也较高。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本实用新型提供了一种新型全固态直流断路器，本实用新型具有开断电流速度快、通态损耗小、控制简单等特点。同时，全桥整流单元的引入，可以有效的减少全控器件的数量，降低系统控制的复杂程度和成本。断流单元化设计可以降低对于器件直接串联的技术要求。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种全固态直流断路器，由长期通流支路、电流分断支路、能量吸收支路并联构成，其特征在于，

所述的长期通流支路由至少一个半控器件开关单元和至少一个全控器件开关单元串联构成，所述的半控器件开关单元和全控器件开关单元均与全桥整流电路相连接，长期通流支路采用全桥整流电路实现电流的双向流动；

所述的电流分断支路由多个断流单元串联组成，所述断流单元由单向全控开关器件、吸收电路、避雷器并联后与全桥整流电路相连接，电流分断支路采用桥式整流电路实现电 流双向流动；所述的电流分断支路的吸收电路为电阻、电容和二极管构成的RCD吸收电路，所述避雷器为与单向全控开关器件电压相匹配的低压避雷器；

所述的能量吸收支路，包含至少一个避雷器单元，吸收开断过程中的系统能量。

所述的长期通流支路的全控器件开关单元、所述的电流分断支路的单向全控开关器件，为IGBT，IGCT，IEGT全控型器件。

所述能量吸收支路由避雷器单元构成，根据系统参数决定避雷器的串、并联个数及串并联连接结构。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

1)本实用新型提出了一种全固态的直流断路器拓扑方案，辅助回路承担系统正常状态下，系统工作电流，辅助回路采用半控器件单元与全控器件单元串联方案，具有通态损耗小，的特点。

2)本实用新型提出的全固态直流断路器方案，避免采用机械开关，显著的提高了断路器的关断速度。同时，桥式电路的引入，在保证双向通流的条件下，减小了半控器件的数量，简化了控制复杂程度。

3)本实用新型提出的全固态直流断路器方案，电流分断支路采用断流单元模块化设计，其中断流单元由压装全控器件，RCD吸收电路，避雷器单元构成，其断流单元本身具有很好的承担过电压能力，系统安全性高。

4)本实用新型提出的全固态直流断路器方案，压装全控器件，RCD吸收电路，避雷器单元构成的断流单元可以与全桥整流电路构成双向通流单元，具有控制简单，成本较低的优点。

5)本实用新型提出的全固态直流断路器方案，串联的断流单元数目可以根据系统电压等级确定，在分断系统电流过程中，可以部分关断断流单元，作为系统的限流装置使用。有效处理系统的远端短路，近端断路，系统过载等故障。

6)本实用新型提出的全固态直流断路器方案，可以在系统电流故障发生后，通过关断部分断流单元，可以限制故障电流的上升率，明确地判断系统的故障类型，提供正确分断方案。

附图说明

图1是全固态直流断路器拓扑结构示意图。

图2是全固态直流断路器的电路原理图。

图3是全固态直流断路器的长期通流支路的电路原理图。

图4是电流分断支路的电路原理图。

图5是断流单元的电路原理图。

图6是断流单元双向通流结构的电路原理图。

图7是固态直流断路器的控制系统示意图。