[发明专利]一种电容缓冲型混合式直流断路器

说明书

一种电容缓冲型混合式直流断路器，由第一电感(L)，第一电流通路(1)，第二电流通路(2)和第一限压器件(100)构成的限压支路组成；第一电流通路(1)由第一电力电子开关模块(30)和第一机械开关模块(20)串联组成；第二电流通路(2)包括正向电流通路和反向电流通路，正向电流通路由第一电容单元(40)、第二电力电子开关模块(50)和第一二极管模块(60)串联组成；反向电流通路由第二电容单元(70)、第三电力电子开关模块(80)和第二二极管模块(90)串联组成。在高压直流输电线路出现故障时，可大幅加快故障电流的分断速度。

技术领域

本发明涉及一种断路器，具体涉及一种电容缓冲型混合式直流断路拓扑及其控制方法。

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系统稳定安全可靠运行的关键设备之一。与交流系统所不同的是，直流系统的电流并不存在自然过零点，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，因此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＝公司的专利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。

西门子公司专利WO2013/093066A1提出的一种混合断路器技术，在主通路上串联机械开关和电力电子全控器件，另一条旁路由电容组成，当检测到故障电流时，主通路上电力电子全控器件断开，机械开关也开始开断，故障电流向旁路电容充电，这种电路的旁路电容不能取值过小，否则机械开关尚未完全打开，若旁路电容在故障电流充电下电压上升过快会超过机械开关和电力电子器件承受电压等级。该缓冲电容的运用可大幅降低设备成本，然而电容值取值大时，开断速度就会受到影响。

ABB公司专利CN102870181A提出的一种混合断路器技术，在主通路上串联机械开关和电力电子全控器件，另一条旁路由避雷器和压接IGBT并联组成，当检测到故障电流时，旁路上的压接IGBT全部导通，之后主通路上的电力电子全控器件断开，机械开关也开始关断，等到机械开关完全关断后，压接IGBT关断，避雷器接入电路抑制短路电流，这种断路器开断速度较快，但是整个旁路的压接IGBT承受电压之和必须要大于直流输电线路初始电压，这需要大量压接IGBT串联，造成整个直流断路器的成本较高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种电容缓冲型混合式直流断路器。本发明具有分断速度快、整体成本低、稳态运行时损耗小等特点。

本发明电容缓冲型混合式直流断路器拓扑有以下五种结构：

1、方案一：所述的直流断路器由第一电感，第一电流通路，第二电流通路和第一限压器件构成的限压支路组成；第一电感的第一引出端子与直流输电线路在第三连接点连接；第一电流通路的第二引出端子、第二电流通路的第二引出端子和第一限压器件的第二引出端子与直流输电线路在第四连接点连接；第一电感的第二引出端子、第一电流通路的第一引出端子、第二电流通路的第一引出端子和第一限压器件的第一引出端子在第五连接点连接。