[发明专利]一种共享支路的紧凑型直流断路器及其控制方法

权利要求书

1.一种共享支路的紧凑型直流断路器，其特征在于，包括接线端、通流支路、隔离支路、开断单元、直流母线、在线监测系统和控制系统；

所述接线端、通流支路和隔离支路的数量均为多个，并一一对应进行连接；

所述通流支路的一端通过机械开关与所述接线端相连，所述通流支路的另一端连接直流母线；

所述通流支路的一端和所述隔离支路的一端进行连接，多个所述隔离支路的另一端均与开断单元的一端进行连接，开断单元的另一端与出线端母线相连接；

所述通流支路包括主机械开关；所述主机械开关包括一个或多个真空开关串联形成；所述隔离支路包括辅助隔离开关和晶闸管模块；辅助隔离开关和晶闸管模块相串联；

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，控制系统用于控制通流支路的主机械开关、隔离支路的晶闸管和辅助隔离开关、换流开关模块和快速机械开关；

所述开断单元的换流开关模块包括储能电容、充电支路和电力电子功率器件；

所述电力电子功率器件包括全控型电力电子功率器件ES1、全控型电力电子功率器件ES2、全控型电力电子功率器件ES3和全控型电力电子功率器件ES4；

所述全控型电力电子功率器件ES1的负极和全控型电力电子功率器件ES3的正极相连接于N1，N1与隔离支路相连；所述全控型电力电子功率器件ES2的负极和全控型电力电子功率器件ES4的正极相连接于N2，N2连接振荡电容C的一端；

所述全控型电力电子功率器件ES1的正极和全控型电力电子功率器件ES2的正极相连接于N3，所述全控型电力电子功率器件ES3的负极和全控型电力电子功率器件ES4的负极相连接于N4；

N3与储能电容的一端相连，N4与储能电容的另一端相连；储能电容充电方向与主回路电流方向相同或相反；充电支路和储能电容并联；

所述在线监测系统包括电压测量模块、电流测量模块、温度测量模块、声音测量模块、X射线测量模块、磁场测量模块，在线监测系统的各测量模块用于监测直流断路器状态，并根据监测的直流断路器状态决定控制系统发送指令信号的时间；

在系统正常通流状态下，多条所述通流支路的主机械开关和机械开关处于合闸状态；多条所述隔离支路中的晶闸管处于关断状态；所述开断单元处于关断状态；线路电流由部分接线端所在通流支路汇聚到所述直流母线，再由所述直流母线，经其余接线端所在通流支路流出；

故障状态下，当检测到某个接线端故障时，直流断路器给该故障接线端所在通流支路的主机械开关和其余接线端所在隔离支路的辅助隔离开关发分闸命令，触头间开始燃弧，当主机械开关和辅助隔离开关达到预设的开距后，给故障接线端所在隔离支路中的晶闸管和全桥换流器发送导通命令，全桥换流器两桥臂交替导通，预充电的储能电容通过振荡电容和振荡电感放电，产生幅值逐渐增大的振荡电流直至叠加在故障电流上产生电流过零点，故障电流使振荡电容两端电压上升直至达到避雷器的动作电压，故障电流转移到吸能支路，待故障电流下降到0时，电弧熄灭，故障接线端的快速机械开关分闸切断残余电流，实现故障电流的开断；

对于永久性故障，故障电流开断后等待预设的时间，导通通流支路的主机械开关和与之相连的快速机械开关，再次检测到故障电流，直流断路器重复开断的过程，等待故障电流下降至零后，分闸故障接线端相连的快速机械开关和隔离支路中的辅助隔离开关，合闸其余正常接线端所在隔离支路中的辅助隔离开关，从而隔离故障线路，并使直流断路器复位等待下一次操作；

对于临时性故障，导通开断单元后未检测到故障电流，合闸所有快速机械开关和辅助隔离开关，以使直流断路器复位等待下一次操作；

所述换流包括阶段1和阶段2；

阶段1为：换流开关模块中的ES1和ES4导通，ES2和ES3关闭，ES1和ES4导通后储能电容通过振荡电容和振荡电感放电，产生正弦振荡电流，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，执行阶段2：ES1和ES4关闭，ES2和ES3导通，此时的储能电容极性与放电电流方向一致，储能电容继续通过振荡电容和振荡电感放电，产生的正弦振荡电流幅值高于第一个正弦半波，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，执行阶段1，随后阶段2与阶段1交替执行。