[发明专利]可双向开断和软起动的混合器件固态断路器及控制方法

说明书

本发明属于固态断路器领域，具体涉及了一种可双向开断和软起动的混合器件固态断路器及控制方法，旨在解决现有固态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以及功能集成的问题。本发明包括：主通流支路半控器件组和全控器件均导通，系统稳态通流；发生故障时关闭相应全控器件，达到避雷器动作电压后将避雷器接入系统，导通换流支路，故障电流转至换流支路，半控器件组关断，再关断换流支路，故障电流转至吸能支路进行吸能，直至固态断路器安全断开；接入容性负载时，在半控器件组关断后，高频通断换流支路的相应开关，涌流在换流支路和吸能支路之间切换直至软起动成功。本发明低损耗、快速开断，结构简单，集成功能多、安全性高。

技术领域

本发明属于固态断路器领域，具体涉及了一种可双向开断和软起动的混合器件固态断路器及控制方法。

背景技术

直流输电系统具有高效率、低损耗、控制性能优良的优点，近年来得到快速发展。但同样由于直流系统惯性小，阻抗低，造成故障电流上升率高，且缺乏自然电流零点，使得直流系统面临更加严峻的故障开断形势，现有的固态断路器越来越难以满足直流系统在故障开断上的需求。

目前已有的固态断路器拓扑主要分为混合型和纯固态型，两种类型的固态断路器在开断速度和高可靠性上都只能做到有所侧重，难以实现完全兼顾。利用混合器件来综合混合型断路器高可靠性和纯固态断路器快速开断的特点，是近来固态断路器研究的热点。其主要思路是利用两种不同性质电力电子器件的特点，来弥补现有两种类型固态断路器的缺点。

固态断路器的另一大发展趋势是智能化、集成化和最优化，如何在实现传统故障过流开断的基础上，继续提高开断的智能化水平，并与其他重要的功能集成在一起，是断路器研究的一大方向。对于固态断路器而言，电力电子器件的开关特性是实现功能集成的一大优势，电力电子器件极短的开断时间和超高的开关频率为断路器功能的集成创造了条件。

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.等人提出的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。

Zhou,Y.等人基于NaG器件提出了一种三模智能固态断路器[3]，该断路器可将过电流情况分为三种模态，且能够实现双向开断和软起动。

然而，已有的混合器件固态断路器依旧还处在初步研究阶段，相应功能还在探索当中，并不能实现对快速开断和高可靠开断的完全兼顾。同时，目前的固态断路器依旧基于的是电力电子器件的一次开/关模式，并未对固态断路器中器件的高开关频率加以利用。现有的混合器件固态断路器拓扑仍需进行优化，功能集成度仍需拓展。

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.