[发明专利]一种具有重合闸功能的双向微损耗直流断路器及开断方法

权利要求书

1.一种具有重合闸功能的双向微损耗直流断路器，其特征在于，包括主回路、开断单元、在线监测系统和控制系统；

所述主回路的两端分别连接出线端L1和出线端L2；所述主回路包括一个或若干个机械开关串联形成；

所述开断单元包括换流开关模块、振荡电容C、振荡电感L和避雷器；所述换流开关模块、振荡电容C、振荡电感L之间串联形成换流支路；换流支路与主回路并联，所述避雷器形成吸能支路用于吸收系统中残余能量；

所述在线监测系统用于测量流经换流开关模块的电流大小以及电流方向、流经避雷器的电流及方向、避雷器两端电压和温度、流经通流支路主机械开关的电流大小以及电流方向，两端的电压及开关行程、储能电容两端电压；

所述控制系统连接在线监测系统，控制系统用于控制主回路的主机械开关、换流支路的换流开关模块；

所述换流开关模块包括电力电子功率器件和预充电电容；所述电力电子功率器件包括4n个全控型电力电子功率器件，n1；4n个全控型电力电子功率器件分别为全控型电力电子功率器件E1a~ENa、全控型电力电子功率器件E1b~ENb、全控型电力电子功率器件E1c~ENc和全控型电力电子功率器件E1d~End；

所述全控型电力电子功率器件E1a~ENa的正极和全控型电力电子功率器件E1c~ENc的正极相连接形成出线端L5，所述全控型电力电子功率器件E1b~ENb负极和全控型电力电子功率器E1d~ENd的负极相连接形成出线端L6；

所述全控型电力电子功率器件E1a~ENa的负极和全控型电力电子功率器件E1b~ENb的正极相连接形成换流开关模块出线端的L7，换流开关模块的出线端L7与出线端L1相连；所述全控型电力电子功率器件E1c~ENc的负极和全控型电力电子功率器件E1d~ENd的正极相连接形成换流开关模块的出线端L8，所述换流开关模块的出线端L8连接振荡电容C的一端；出线端L5与预充电电容的一端相连，出线端L6与预充电电容的另一端相连；预充电电容充电方向与主回路电流方向相同或相反；

所述全控型电力电子功率器件为GTO、晶闸管、MOSFET、IGBT和IGCT的单个器件或是多个器件串并联组合形成；

所述换流开关模块的一端连接出线端L1，换流开关模块的另一端连接振荡电容C的一端；振荡电容C的另一端连接振荡电感L的一端，振荡电感L的另一端连接出线端L2；所述吸能支路包括一个或若干个串并联的避雷器，吸能支路的两端分别连接出线端L1和振荡电容C的另一端；

或，所述振荡电感L的一端连接出线端L1，振荡电感L的另一端连接换流开关模块的一端，换流开关模块的另一端连接振荡电容C的一端；振荡电容C的另一端连接出线端L2；所述吸能支路包括一个或若干个串并联的避雷器，吸能支路的两端分别连接出线端L2和振荡电感L的另一端。

2.一种具有重合闸功能的双向微损耗直流断路器的开断方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种具有重合闸功能的双向微损耗直流断路器，包括以下过程，

在系统正常通流状态下，主回路机械开关保持合闸状态，系统电流从主回路机械开关流过，换流支路中换流开关模块处于断开状态，换流支路和吸能支路没有电流流过；

当系统收到分闸指令或系统发生短路故障时，控制系统向主回路机械开关发出分闸动作指令，主回路机械开关电极触头开始分离，电极触头间开始燃弧，控制系统触发换流开关模块，执行换流，直至换流支路中的振荡电流幅值叠加在主回路机械开关的故障电流电弧上产生电流过零点，电弧熄灭，系统电流由主回路转移到换流支路并对振荡电容C充电，振荡电容C电压升高，吸能支路避雷器的电压升高，直至达到避雷器的动作电压，吸能支路避雷器由高阻抗状态转换为低阻抗状态，系统电流转移到吸能支路，系统电流转化为吸能支路避雷器中的热能，直至系统中残余能量被避雷器吸收，避雷器中电流下降到0，实现系统额定电流和短路电流开断；

所述换流包括换流步骤1和换流步骤2，换流步骤1为：换流开关模块中的同一组的全控型电力电子功率器件EXa和全控型电力电子功率器件EXd导通,其中1＜Ｘ≤Ｎ，全控型电力电子功率器件EXb和全控型电力电子功率器件EXc关闭，全控型电力电子功率器件EXa和全控型电力电子功率器件EXd导通后预充电电容通过振荡电容C和振荡电感L放电，产生正弦振荡电流，根据在线监测系统的信号，当正弦振荡电流完成一个正弦半波的振荡且振荡电流到达过零点时，控制系统发出控制信号，执行换流步骤2，所述换流步骤2为：全控型电力电子功率器件EXa和全控型电力电子功率器件EXd关闭，全控型电力电子功率器件EXb和全控型电力电子功率器件EXc导通，此时的预充电电容极性与放电电流方向一致，预充电电容继续通过振荡电容C和振荡电感L放电，产生的正弦振荡电流幅值高于第一个正弦半波，根据在线监测系统的信号，当第二个正弦半波电流到达过零点时，控制系统发出控制信号，全控型电力电子功率器件EXb和全控型电力电子功率器件EXc关闭，由第X+1组的全控型功率电力电子器件执行换流步骤1和换流步骤2；当第N组全控型功率电力电子器件完成换流后，由第一组全控型功率电力电子器件重新开始换流，如此循环往复；

对于永久性故障，故障电流开断后等待至设置的时间，导通主回路，再次检测到故障电流，需再次关断开断单元，从而隔离故障线路；对于临时性故障，导通开断单元后未检测到故障电流，合闸主回路机械开关，以使直流断路器复位等待下一次操作。