[发明专利]基于电容预充电转移的双向混合式直流断路器及开断方法

摘要

公开了一种基于电容预充电转移的双向混合式直流断路器及开断方法，直流断路器包括主电流回路、开断续流支路、电流转移支路、过电压限制支路、在线监测系统、控制系统、出线端C1和出线端C2，主电流回路、开断续流支路、电流转移支路和过电压限制支路并联且经由出线端C1和出线端C2引出，开断续流支路两端并联在主电流回路两端，所述开断续流支路包括反向并联的半控型功率半导体器件VT1和半控型功率半导体器件VT2，其组成支路再和主电流回路相并联，所述直流断路器具有双向导通、断口绝缘快速恢复和同时快速开断短路大电流和小电流如额定电流的能力，可应用于双向通流且需要快速可靠分断不同大小电流的直流供电系统。

主权项

1.一种基于电容预充电转移的双向混合式直流断路器，所述直流断路器包括主电流回路、开断续流支路、电流转移支路、过电压限制支路、在线监测系统、控制系统、出线端C1和出线端C2，主电流回路、开断续流支路、电流转移支路和过电压限制支路并联且经由出线端C1和出线端C2引出，其特征在于：/n所述主电流回路包括高速机械开关HSS，其中，高速机械开关HSS1两端和出线端C1和出线端C2直接相连；/n所述开断续流支路两端并联在主电流回路两端，所述开断续流支路包括反向并联的半控型功率半导体器件VT1和半控型功率半导体器件VT2，其组成支路再和主电流回路相并联，/n所述电流转移支路中，振荡支路包括串联的含有一定预充电压的转移电容C和振动电感L，转移电容C一端连接出线端C1，另一端连接振动电感L的一端，振动感L另一端连接电流转移支路，当电流方向为从出线端C1侧流向出线端C2侧时，转移电容C靠近电感L的一侧电容极柱充正电，另一端充负电；当电流方向为从C2侧流向C1侧时，转移电容C靠近电感L的一侧电容极柱充负电，另一端充正电；/n不可控型功率半导体器件VD1和不可控型功率半导体器件VD2负极相连接组成支路1，不可控型功率半导体器件VD3和不可控型功率半导体器件VD4正极相连组成支路2，所述支路1两端和支路2两端并联，并与振荡支路相串联，然后并联在高速机械开关HSS两端，从而实现所述电流转移支路和主电流回路的并联，并且：/n所述支路1中不可控型功率半导体器件VD1和VD2负极相连接的一端和全控型功率半导体器件IGCT的正极相连；/n所述支路2两端和支路1两端并联，并与振荡支路相串联，然后并联在高速机械开关HSS两端，从而实现所述电流转移支路和主电流回路的并联，所述支路2中不可控型功率半导体器件VD3和VD4正极相连接的一端和全控型功率半导体器件IGCT的负极相连，所有功率半导体器件均为单向导通的功率半导体器件；/n所述过电压限制支路包括两端直接并联在高速机械开关HSS两端并和断路器出线端C1和C2相连的金属氧化物避雷器MOV；/n所述在线监测系统测量流经所述出线端C1或C2的电流以及电流方向、流经所述主电流支路的电流、流经开断续流支路的电流、流经所述转移电流支路的电流、流经所述过电压限制支路的电流、所述高速机械开关HSS两端的电压和所述高速机械开关的开关行程、所述流过振荡电路的电流和转移电容C的电压，所述在线监测系统包括用于测量C1端引出线电流状态的电流传感器D0、用于测量主回路电流状态的电流传感器D1、用于测量开断续流支路电流状态的电流传感器D2、用于测量电流转移支路电流状态的电流传感器D3、用于测量过电压限制电路的电流状态电流传感器D4、用于测量高速机械开关的断口电压的电压传感器Vhss、用于测量转移电容两端电压状态的电压传感器Vc、用于测量高速机械开关的运动状态的位移传感器Pd以及断路器环境温度传感器D5，以及相应的信号调理电路、A/D转换模块和通信模块；/n控制系统，其连接所述在线监测系统，当系统电流方向从C1到C2时，控制系统通过测量的所述主电流支路的电流幅值和变化率以及所述转移电流支路的电流幅值和变化率以及流经开断续流支路的电流控制所述高速机械开关HSS和转移电流支路中的全控型功率半导体器件IGCT以及开断续流支路中的半控型功率半导体器件VT1和VT2依次动作，以实现不同大小和方向的故障电流快速转移、机械开关HSS快速可靠分断和建立介质绝缘恢复的特性；当系统电流方向从C2到C1时，通过测量的所述主电流支路的电流幅值和变化率以及所述转移电流支路的电流幅值和变化率以及流经开断续流支路的电流，控制所述高速机械开关HSS和转移电流支路中的全控型功率半导体器件IGCT以及开断续流支路中的半控型功率半导体器件VT1和VT2依次动作以实现不同大小和方向的故障电流快速转移、机械开关HSS快速可靠分断和建立介质绝缘恢复的特性。/n