[发明专利]一种限流式低损耗混合直流断路器及工作方法

摘要

本发明公开了一种限流式低损耗混合直流断路器及工作方法，该直流断路器由机械开关支路，能量转移支路，电力电子开关串联支路，能量吸收支路以及进线端A1和出线端A2构成；其中机械开关支路由两个快速机械开关构成；能量转移支路由两个二极管、两个全控型大功率电力电子开关、预充电电容器与限流元件构成；电力电子开关串联支路由全控型大功率电力电子开关串联构成；能量吸收支路由避雷器构成；本发明可在故障电流出现时才投入限流元件，对故障电流的上升率进行限制，从而减小限流元件在额定通流情况下带来的损耗；同时本发明在额定通流情况下损耗小，降低能源的损耗。

主权项

1.一种限流式低损耗混合直流断路器，包括机械开关支路、能量转移支路、电力电子开关串联支路、能量吸收支路以及进线端(A1)和出线端(A2)，其特征在于：所述的机械开关支路由第一快速机械开关(S1)和第二快速机械开关(S2)串联构成，第一快速机械开关(S1)的一端与进线端(A1)相连接，另一端与第二快速机械开关(S2)的一端相连接；第二快速机械开关(S2)的另一端与出线端(A2)相连接；由于机械开关导通阻抗低，使该断路器在额定工作情况下导通损耗小；所述的能量转移支路由第一二极管(D1)和第二二极管(D2)、第一全控型大功率电力电子开关(S3)和第二全控型大功率电力电子开关(S4)、预充电电容器(C1)以及限流元件(L)组成；所述的第一二极管(D1)阳极与第一全控型大功率电力电子开关(S3)集电极相连接，第一二极管(D1)阴极与第二全控型大功率电力电子开关(S4)集电极相连接；第二二极管(D2)阳极与第一全控型大功率电力电子开关(S3)发射极相连接，第二二极管(D2)阴极与第二全控型大功率电力电子开关(S4)发射极相连接，四者依次串联为一回路；所述的预充电电容器(C1)，其正极连接于第一二极管(D1)阴极与第二全控型大功率电力电子开关(S4)集电极之间，其负极连接于第二二极管(D2)阳极与第一全控型大功率电力电子开关(S3)发射极之间；所述的能量转移支路，其第一二极管(D1)阳极与第一全控型大功率电力电子开关(S3)集电极之间的连接线以及第二二极管(D2)阴极与第二全控型大功率电力电子开关(S4)发射极之间的连接线分别与机械开关支路中第一快速机械开关(S1)和快速机械开关(S2)之间的连接线以及限流元件(L)的一端相连，其中限流元件(L)的另一端与出线端(A2)相连接；所述的电力电子开关串联支路由多个全控型大功率电力电子开关(S5)串联而成，其作用为避免故障电流在电流转移支路中流经时间过长导致预充电电容器(C1)反向充电而造成的开断失败，其中所用的全控型大功率电力电子开关(S5)的数量根据系统电压等级和大功率电力电子开关耐压参数确定；电力电子开关串联支路头部的全控型大功率电力电子开关(S5)集电极一端与进线端(A1)相连接，尾部的全控型大功率电力电子开关(S5)其发射极一端通过第三二极管(D3)与能量转移支路和限流元件(L)之间的连接线相连接；其中，第三二极管(D3)阳极端与全控型大功率电力电子开关(S5)相连，第三二极管(D3)阴极端与能量转移支路和限流元件(L)之间的连接线相连接；第三二极管(D3)作用为防止预充电电容器(C1)向全控型大功率电力电子开关(S5)反向充电；所述的能量吸收支路由避雷器(MOV)组成，避雷器(MOV)并联于电力电子开关串联支路两端，用于吸收全控型大功率电力电子开关(S5)关断后线路中的剩余能量和限制全控型大功率电力电子开关(S5)承受的过电压；所述的限流元件(L)由铁块(L1)和绕有线圈的有缺口的环状铁芯(L2)构成，绕有线圈的有缺口的环状铁芯(L2)上的线圈同向绕制；铁块(L1)与绕有线圈的有缺口的环状铁芯(L2)紧密结合时形成封闭铁芯；其中铁块(L1)与第二快速机械开关(S2)机械连通，当第二快速机械开关(S2)处于闭合状态时，铁块(L1)与绕有线圈的有缺口的环状铁芯(L2)完全分离；当第二快速机械开关(S2)断开时，铁块(L1)与绕有线圈的有缺口的环状铁芯(L2)紧密结合形成封闭铁芯。