[发明专利]基于混合器件的可双向开断的直流固态断路器

说明书

本发明属于直流固态断路器领域，具体涉及了一种基于混合器件的可双向开断的直流固态断路器，旨在解决现有直流断路器无法在实现快速反应的同时实现高可靠性双向开断的问题。本发明包括：在电网稳态时，主通流支路半控器件组和全控器件均处于导通状态，正常导通系统电流；一旦发生故障，则关闭相应的主通流支路全控器件，当全控器件两端电压升高至吸能支路中相应避雷器的动作电压，避雷器接入系统；此时导通换流支路，故障电流转至换流支路，主通流支路半控器件组电流降至0后关断；此时，再关断换流支路，故障电流转至吸能支路进行吸能，直至直流断路器安全断开。本发明实现直流断路器低损耗、快速开断，器件数量少，结构简单，系统安全性高。

技术领域

本发明属于直流固态断路器领域，具体涉及了一种基于混合器件的可双向开断的直流固态断路器。

背景技术

直流输配电系统以其独特的高效率、低损耗的优点，近年来得到了越来越多的发展。但由于直流系统故障电流高，且缺乏自然电流零点，使得直流系统面临更加困难的故障分断问题，具有快速反应和高可靠性分断能力的直流断路器是现实之需。

目前已有的直流断路器拓扑主要分为混合型和纯固态型。混合直流断路器采用“超快速机械开关+电力电子开关”的动作模式，能够保证故障的可靠开断，但超快速机械开关的触头分离需要数毫秒的时间。纯固态断路器采用纯电力电子器件进行动作，仅需几十微秒即可开断故障，满足快速反应的要求，但电力电子器件的耐压、耐流能力有限，通态损耗也很大。如何综合混合型和纯固态型直流断路器的优点，是直流断路器研究的热点。

XU,X.等人基于混合器件的思路，提出了一种混合器件的固态断路器[1]，利用两种不同的电力电子器件，分别实现原有混合直流断路器超快速机械开关和电力电子开关的功能，在一定程度上兼顾了开断的快速性和可靠性。

Shu,J.等人提出了一种Z源断路器[2]，同样利用混合式器件的思路进行故障开断，同时也可以主动控制和中断故障电流或者工作电流，并得出了半控型器件恢复时间与断路器承受反向电压之间的关系。

已有的直流断路器在快速反应和高可靠性上都只能做到有所侧重，并不能实现完全兼顾。利用电力电子器件来代替原有混合断路器的超快速机械开关，进而利用两种混合器件进行故障开断是兼顾开断快速性和可靠性的方案之一。但目前的混合器件固态断路器还处在初步研究阶段，前述两种拓扑结构存在着一个很明显的双向问题，当故障需要双向开断时，两种拓扑结构使用的全控型器件过多，同步问题也难以解决。现有的混合器件固态断路器拓扑仍需进行优化，性能仍需拓展。

以下文献是与本发明相关的技术背景资料：

[1]Xu,X.,Chen,W.,Liu,C.,and et al:‘An Efficient and Reliable Solid-State Circuit Breaker Based on Mixture Device’,IEEE Transactions on PowerElectronics.,vol.36,no.9,pp.9767-9771,2021.

[2]Shu,J.,Wang,S.,Ma,J.,and et al:‘An Active Z-Source DC CircuitBreaker Combined With SCR and IGBT’,IEEE Transactions on Power Electronics.,vol.35,no.10,pp.10003-10007,2020.

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有直流断路器无法在实现快速反应的同时实现高可靠性双向开断的问题，本发明提供了一种基于混合器件的可双向开断的直流固态断路器，该直流固态断路器包括以下模块：

线路电流检测及控制器，用于检测直流固态断路器的电路状态，并根据线路状态生成相应的开关通断驱动信号；