[发明专利]直流固态断路器及断路控制方法

权利要求书

1.一种直流固态断路器，其特征在于：它包括晶闸管开关模块(1)、换流回路(2)、撬棒电路(3)和控制器(4)，所述换流回路(2)为T源阻抗网络，所述撬棒电路(3)由可控电力电子开关(3.1)和电阻R串联组成，所述控制器(4)的可控电力电子开关控制信号输出端连接可控电力电子开关(3.1)的控制信号输入端，控制器(4)的晶闸管控制信号输出端连接晶闸管开关模块(1)的控制信号输入端，所述晶闸管开关模块(1)、换流回路(2)和撬棒电路(3)串联连接。

2.根据权利要求1所述的直流固态断路器，其特征在于：所述T源阻抗网络包括耦合电路(2.1)、电容C和二极管D，其中，所述耦合电路(2.1)包括变压器芯体(2.2)、缠绕在变压器芯体(2.2)上的原边电感L1和副边电感L2，原边电感L1的一端连接晶闸管开关模块(1)的输出端，原边电感L1的另一端连接副边电感L2的一端，副边电感L2的另一端连接可控电力电子开关(3.1)的发射极，可控电力电子开关(3.1)的集电极连接电阻R的一端，电阻R的另一端连接电容C的一端，电容C的另一端连接原边电感L1的另一端，二极管D的负极连接原边电感L1的一端，二极管D的正极连接原边电感L1的另一端。

3.根据权利要求2所述的直流固态断路器，其特征在于：所述电容C的两端连接有辅助电源(5)。

4.根据权利要求2所述的直流固态断路器，其特征在于：所述变压器芯体(2.2)、缠绕在变压器芯体(2.2)上的原边电感L1和副边电感L2组成变压器，原边电感L1产生的瞬时电流，通过变压器的变比系数调节。

5.根据权利要求2所述的直流固态断路器，其特征在于：所述二极管D用于吸收原边电感L1产生的耦合能量，使得原边电感L1的能量得到释放，而不至于对晶闸管开关模块(1)产生超过其承受能力的电压。

6.根据权利要求2所述的直流固态断路器，其特征在于：所述晶闸管开关模块(1)为单晶闸管开关组成或多晶闸管开关串联组成。

7.一种利用权利要求2所述直流固态断路器进行断路控制的方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：在所述直流固态断路器的晶闸管开关模块(1)输入端和电容C的一端均连接第一外部隔离开关，在所述直流固态断路器的可控电力电子开关(3.1)的发射极和电阻R的另一端均连接第二外部隔离开关；

步骤2：将辅助电源(5)开通对电容C进行充电，当电容C电压升高到预设值U_max后，断开辅助电源(5)，将第一外部隔离开关和第二外部隔离开关闭合，同时控制器(4)向晶闸管开关模块(1)发出控制信号控制触发晶闸管开关模块(1)导通，则外部直流负载完成开通操作；

步骤3：控制器(4)通过外部直流负载检测单元，实时检测外部直流负载的工作电流，并计算过载时间或过载电流平方对时间的积分；

当控制器(4)计算到外部直流负载过载时间或过载电流平方对时间的积分大于或等于对应的预设值时，控制器(4)向可控电力电子开关(3.1)发出控制信号控制可控电力电子开关(3.1)闭合，外部直流负载通过撬棒电路(3)产生故障电流，并达到直流固态断路器最小整定值，此时外部直流负载关断操作完毕；

步骤4：当外部直流负载短路时，电容C产生瞬时短路电流，电流路径从电容C到副边电感L2，使得副边电感L2两端产生电压，此电压将耦合到原边电感L1两端，使原边电感L1产生耦合电压，从而使得原边电感L1产生瞬时电流，方向与正常工作电流相反，两个电流叠加，此时晶闸管开关模块(1)上的电流迅速下降为零，晶闸管开关模块(1)自动断开，从而使故障从整个直流系统回路切断，检测电容C的电压，当电容C的电压降低至预设值U_min后，控制器(4)触发撬棒电路(3)断开，将第一外部隔离开关和第二外部隔离开关之间断开，则短路关断操作完毕。

8.根据权利要求7所述的断路控制方法，其特征在于：所述步骤3中，当需要外部直流负载正常关断时，控制器(4)向可控电力电子开关(3.1)发出控制信号控制可控电力电子开关(3.1)闭合，外部直流负载通过撬棒电路(3)产生故障电流，并达到直流固态断路器最小整定值，则正常关断操作完毕。