[发明专利]一种混合式直流断路器拓扑结构及其控制方法

权利要求书

1.一种混合式直流断路器拓扑结构，其特征是，所述直流断路器包括：

机械开关支路，由快速机械开关和辅助换流开关串联组成，所述快速机械开关具有零电流状态下快速分断电路的功能，所述辅助换流开关实现电流的双向流动；

二极管组，包括二极管桥臂D₁～D₄及接地二极管组D₅，所述二极管桥臂分两组均并联在机械开关支路上，所述两组二极管桥臂之间连接有固态开关支路；

固态开关支路，由子模块串联组成，每个子模块由一个带有反并联二极管的IGBT、一个二极管、一个电容和一个电阻组成，电阻并联在电容两端；

限压吸能支路，并联在固态开关支路的两端，用于限制直流断路器在切除故障电流过程中产生的瞬态过电压；及吸收限流电感和线路电感中储存的能量；

所述直流断路器还包括设置在固态开关支路及二极管桥臂D₁及D₂之间的T₁，为一个带有反并联二极管的IGBT，用来配合快速机械开关进行合闸操作。

2.如权利要求1所述的一种混合式直流断路器拓扑结构，其特征是，所述直流断路器还包括分别安装在直流断路器两端的电感L₁和L₂，所述电感L₁和L₂为限流电感L平均分成的两部分。

3.如权利要求1所述的一种混合式直流断路器拓扑结构，其特征是，所述快速机械开关是带有轻量级触点系统的隔离开关，采用Thomsm传动装置加快了分断速度，同时采用了六氟化硫作为绝缘介质，增加了触头间的绝缘强度，其开断时间为2ms；

所述辅助换流开关由两个反向串联的压接式IGBT构成，以便实现电流的双向流动。

4.如权利要求1-3任一所述的一种混合式直流断路器拓扑结构的控制方法，其特征是，包括切除短路故障步骤，具体为：

假设系统正常运行时电流从直流断路器左侧流向右侧，短路故障发生在断路器右端，将断路器左侧称为非故障侧，右侧称为故障侧；

第一阶段(t₀～t₁):t₀时刻发生短路故障，此阶段的时间用于故障检测和逻辑判断，故障电流逐渐上升；

第二阶段(t₂～t₃)：t₂时刻，首先导通固态开关支路各个子模块中的IGBT和T₁，然后关断机械开关支路中的辅助换流开关，迫使故障电流迅速换流至固态开关支路；

第三阶段(t₃～t₄)：t₃时刻，当流过超快速机械开关支路电流为零时，发出机械开关分闸信号，快速机械开关经过一定的机械延时后触头开始分离；

第四阶段(t₃～t₄)：t₃时刻，快速机械开关分断完成，关断固态开关支路各个子模块中的IGBT，T₁仍然处于导通状态，故障电流开始给电容充电；

第五阶段(t₄～t₅)：t₄时刻，各个子模块电容电压之和即避雷器两端的电压达到限压吸能支路的动作电压；

第六阶段(t₅～t₆)：t₅时刻，电容电流下降为零，各个子模块电容电压之和以及避雷器两端的电压达到避雷器的保护水平，故障电流完全转移至限压吸能支路。

5.如权利要求4所述的一种混合式直流断路器拓扑结构的控制方法，其特征是，所述第二阶段中，快速机械开关处于闭合状态，辅助换流开关T₀所承受的电压即为机械开关支路两端的电压，由于固态开关支路中的IGBT导通，因此辅助换流开关T₀所承受的电压为固态开关支路的导通压降与二极管桥臂D₁和D₃的导通压降之和。