固态断路器的控制方法，包括以下步骤:
系统合闸通电过程为控制系统首先控制机械开关S在零电流条件下无弧合闸，当开关S可靠闭合后，控制系统再控制半导体器件Tl导通，此后负载电流从半导体器件Tl和机械开关S中流过，在系统正常工作阶段，半导体器件T2截止，电容C上充有一定的电压，且电压方向与所述半导体器件Tl的导通压降相反。
[0024]系统故障大电流分断过程为控制系统首先控制半导体器件T2导通产生脉冲大电流，迫使半导体器件Tl电流迅速减小为零，然后在二极管D的续流过程中，控制半导体器件Tl在近似零电压和零电流条件下关断，二极管D续流完毕后，当半导体器件Tl两端电压达到避雷器MOV的开通电压时，避雷器MOV导通吸收能量并限制系统过电压，最终当主回路电流为零后控制机械开关S无弧断开形成电气隔离。
[0025]参照图6所示，假定系统在&时刻发生了短路故障，系统主回路电流土开始迅速增加；在A时刻，控制系统根据检测单元的电流信号识别出了短路故障，并控制半导体器件T2开通；当T2开通后，电容C通过电感L放电产生脉冲大电流ic,半导体器件Tl电流iT1随着电流的增加迅速减小，在(2时刻减小为零；此后电流通过二极管D续流，并在&时刻达到峰值后减小，在?4时刻i。减小到与is相等，二极管D续流结束；在二极管D续流的4到?4期间，半导体器件Tl近似处于零电压和零电流状态，此阶段可控制半导体器件Tl可靠关断；在?4时刻后，半导体器件Tl两端的电压％跳变为电容C和电感L的电压之和，并随着电容C的反向充电不断增大，在?5时刻增加到系统电源电压，主回路电流is达到峰值；此后is开始减小，％持续增加，在?6时刻％增加使耗能电路开通吸能并限制过电压，电流i_逐渐增加，电流逐渐减小；在(7时刻电流(减小为零，半导体器件T2关断，电流i_达到峰值，相应的电压％达到最大；此后电流J.S与相等并逐渐减小，最终在?8时刻减小为零；当主回路电流为零后，控制机械开关S无弧断开形成电气隔离，完成整个短路分断过程。
[0026]可以看出，本发明的直流固态断路器通过换流电路实现故障大电流的分断，其中的主开关半导体器件无需直接进行故障大电流的关断，仅需具备系统额定电流关断能力，容易实现器件的串并联应用，提升断路器电压和电流等级。另外主开关器件在二极管续流过程中，近似在零电压和零电流条件下可靠关断，其关断性能不受LC换流电路参数的影响，能够确保故障大电流的可靠分断。
[0027]系统额定及以下电流分断过程为控制系统首先控制半导体器件Tl关断，在半导体器件Tl关断过程中避雷器MOV导通吸收能量并限制系统过电压，当主回路电流为零后控制机械开关S无弧断开在电源和负载之间形成电气隔离。
[0028]参照图7所示，假定在&时刻控制系统发出半导体器件Tl关断信号，半导体器件Tl经过微秒级的关断延时后，在0寸刻进入实际关断阶段，电流iT1开始迅速减小；由于半导体器件Tl关断速度极快，系统线路电感中的巨大能量导致半导体器件Tl两端的电压％瞬间上升使耗能电路开通吸收能量并限制系统过电压，结果电流i_增加；在?2时刻，半导体器件Tl关断结束，电流i_达到峰值，相应的器件电压％达到最大；此后主回路电流is与^_相等并逐渐减小，最终在^时刻减小为零；当主回路电流减小为后，控制机械开关S无弧断开形成电气隔离，完成整个电流分断过程。
[0029]可以看出，本发明的固态断路器利用可关断半导体器件可以实现系统额定及以下电流的快速分断。
[0030]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种直流固态断路器，包括主开关电路、换流电路、耗能电路、隔离开关、控制系统以及系统母线的正极接线端SI和负极接线端S2，其特征在于: (1)所述主开关电路、换流电路、耗能电路并联后与隔尚开关串联； (2)所述主开关电路由半导体器件Tl和二极管D构成，所述半导体器件Tl的正极与所述正极接线端SI相连，所述二极管D反向并联在半导体器件Tl两端； (3)所述换流电路由半导体器件T2、电容C、电感L依次串联构成，所述半导体器件T2正极与半导体器件Tl正极相连，半导体器件T2负极与所述电感L的一端相连，所述电容C的一端与半导体器件Tl的负极相连、另一端与电感L的另一端相连； (4)所述耗能电路为金属氧化物避雷器MOV或PTC材料或两者的结合； (5)所述隔离开关为机械开关S，机械开关S—端与半导体器件Tl的负极相连、另一端与负极接线端S2相连，机械开关S在主回路电流为零后无弧断开，在电源和负载之间形成电气隔呙; (6)所述控制系统包括电流检测单元和信号处理单元，所述电流检测单元通过电流传感器测量系统主回路电流，所述信号处理单元根据外部合闸命令依次控制机械开关S合闸以及半导体器件Tl导通，根据外部分闸命令依次控制半导体器件Tl关断以及机械开关S断开，根据电流检测单元测量的主回路电流信号判断出系统短路故障后，依次控制半导体器件T2导通、半导体器件Tl关断以及机械开关S断开。
2.根据权利要求1所述的直流固态断路器，其特征在于，所述的半导体器件Tl为可关断器件GTO、IGCT和IGBT中的任意一个或多个的组合。
3.根据权利要求1所述的直流固态断路器，其特征在于，所述的半导体器件T2为一个或多个晶闸管的组合。
4.根据权利要求1所述的直流固态断路器，其特征在于，所述的MOV或/和PTC的开通电压大于系统额定电压、最大导通电压小于半导体器件Tl或二极管D的最大耐受电压、能量耐受能力大于系统线路电感中储存的最大能量。
5.一种如权利要求1所述直流固态断路器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤:系统合闸通电过程为控制系统首先控制机械开关S无弧闭合，然后半导体器件Tl导通，此后负载电流从半导体器件Tl和机械开关S中流过，在正常工作阶段，电容C上充有一定的电压，且电压方向与半导体器件Tl的导通压降相反。
6.根据权利要求5所述直流固态断路器的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤:系统故障大电流分断过程为控制系统首先控制半导体器件T2导通产生脉冲大电流，迫使半导体器件Tl电流迅速减小为零，然后在二极管D的续流过程中，控制半导体器件Tl在近似零电压和零电流条件下关断，二极管D续流完毕后，当半导体器件Tl两端电压达到避雷器MOV的开通电压时，避雷器MOV导通吸收能量并限制系统过电压，最终当主回路电流为零后控制机械开关S无弧断开形成电气隔离。
7.根据如权利要求6所述直流固态断路器的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤:系统额定及以下电流分断过程为控制系统首先控制半导体器件Tl关断，在半导体器件Tl关断过程中避雷器MOV导通吸收能量并限制系统过电压，当主回路电流为零后控制机械开关S无弧断开在电源和负载之间形成电气隔离。
【专利摘要】本发明公开了一种直流固态断路器，包括主开关电路、换流电路、耗能电路、隔离开关、控制系统以及系统母线的正极接线端S1和负极接线端S2，主开关电路、换流电路、耗能电路并联后与隔离开关串联，主开关电路由半导体器件T1和二极管D构成，换流电路由半导体器件T2、电容C、电感L依次串联构成；还公开了上述直流固态断路器的控制方法，包括系统合闸通电的控制方法、系统故障大电流分闸的控制方法和系统额定及以下电流分闸的控制方法；本发明能够快速完成系统额定及以下电流的分断，提高系统额定通流能力，实现故障大电流的可靠分断，还容易实现器件的串并联应用，提升断路器的电压电流等级。
【IPC分类】H02H7-26
【公开号】CN104779593
【申请号】CN201510195473
【发明人】彭振东, 任志刚, 姜楠, 朱红桥, 杨晨光
【申请人】中国船舶重工集团公司第七一二研究所
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月22日