[发明专利]基于电容储能的固态直流断路器及其控制方法

权利要求书

1.一种基于电容储能的固态直流断路器，其特征在于，包括主开关晶闸管、限流电抗器及限流电抗器的续流电路、储能关断单元；其中主开关晶闸管的阳极连接直流电源正极，主开关晶闸管的阴极经限流电抗器与一个负载相连，限流电抗器的续流电路并联在限流电抗器两端，储能关断单元接在主开关晶闸管阴极与直流电源负极之间；所述限流电抗器用于限制故障电流的上升速度，使得储能关断单元的放电电流大于故障电流，从而使主开关晶闸管电流过零，实现电路的分断；所述电抗器的续流电路包括第一电阻和第一二极管；第一电阻用于在主开关晶闸管进入阻断状态后将存储在电抗器中的能量快速消耗掉，以减小电抗器的电流应力和热应力，若所用电抗器绝缘强度较高，第一电阻可省去；第一二极管用于限制续流方向，其阴极与主开关晶闸管阴极相连，在非故障状态下其处于阻断状态，在故障状态下，当电抗器承受反向电压时其进入导通状态，为电抗器提供续流支路，用于减小主开关晶闸管的电压应力；所述储能关断单元由两组反向并联的阻容充电支路及在两组阻容之间跨接的限流放电开关构成，其中限流放电开关由限流电阻与晶闸管或逆阻型全控半导体器件串联构成；非故障状态下限流放电开关处于阻断状态，当负载需要通电时，主开关晶闸管被触发导通，两组反向并联的阻容单元分别独立充电，储能结束时，两组电容的电压均与直流电源电压持平；发生故障时限流放电开关被触发导通，两组电容经限流电阻串联后接在主开关晶闸管阴极与直流系统负极之间，使得主开关晶闸管承受反向电压，足够大的电容放电电流使主开关晶闸管电流过零并关断。

2.一种基于电容储能的固态直流断路器的控制方法，其特征在于，其采用如权利要求1所述的基于电容储能的固态直流断路器并采用以下工况：

工况一：负载通电；控制方法为：向主开关晶闸管发出触发脉冲，主开关晶闸管导通，直流断路器内的储能电容通过充电电阻自动完成充电储能，储能完成后，两个储能电容的电压均与直流电源电压持平，在电容储能的同时，负载也得电启动并进入工作状态；

工况二：负载断电；控制方法为：触发储能关断单元的限流放电开关导通，此时两组电容与限流电阻串联后经主开关晶闸管和直流电源形成回路，由于此时两组电容的电压均与直流电源电压持平，因此主开关晶闸管将承受接近电源电压的反向电压，使得主开关晶闸管电流迅速过零并将其关断，从而将负载断电；

工况三：故障保护；通过电流传感器监测断路器实时电流，并将电流值与保护阈值作比较，当断路器电流高于保护阈值时，触发储能关断单元的限流放电开关导通，使断路器关断；故障的监测和保护电路采用模拟电路实现，不需要采用数字控制器，响应延迟显著缩小。