强制电流转移电路及其电流转移方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种强制电流转移电路及其电流转移方法，特别是涉及一种包含主动或被动电流辅助转移装置的电流转移电路及其电流转移方法。
【背景技术】
[0002]直流断路器是直流供电系统安全运行的保证，因为直流电流中没有自然过零点，采用直接开断的方式将受到很大的制约，解决这一问题的有效思路是基于电流转移创造电流过零点的新型开断方式。电流转移的方式可以分为自然电流转移和强制电流转移两种方式。其中自然电流转移方式的效果受到元件参数、元件配合、工作条件等多种因素的影响，工程实际应用有诸多限制。与之相比，强制电流转移的方式有更高的工程应用价值。直流系统短路电流具有幅值高、上升快、危害巨大的特点，而如何安全、可靠及快速地将电流强制转移则是这一新型开断方式所面临的首要问题。
[0003]专利文献CN103021739公开了一种弧开断的混合式直流断路器，包括高速真空开关VB、LC强制转移电路、过电压限制电路以及控制系统，尚速真空开关VB、LC强制转移电路以及过电压限制电路并联，所述LC强制转移电路由预充电电容C、电感L和电力电子门极可关断器件串联组成，所述LC强制转移电路两端的电压达到过电压限制电路的导通阈值时，过电压限制电路导通，使得高速真空开关两端电压被限制在一定范围；所述控制系统监测系统电流和高速真空开关VB电流二者的电流值及变化率di/dt，并根据监测结果向高速真空开关VB和电力电子门极可关断器件发出相应的控制命令。该专利基于高速真空开关和电力电子门极可关断器件控制LC放电技术，兼备了机械开关良好的静态特性以及电力电子门极可关断器件良好的动态特性。但该专利需要额外的过电压限制电路来实现分断，预充电电容没有和直流系统绝缘隔离，对预充电电容的性能体积要求比较高，而且不利于断路器的开断可靠性;该专利的电路和功率半导体器件也比较多使得断路器的反应时间较长，降低了断路器的灵敏性和可靠性，且提高了断路器的成本。
[0004]专利文献CN103441468公开了一种直流分断装置，包括主断路器、辅助断路器、第一非线性电阻和第一高速机械开关，其中，主断路器和辅助断路器分别包括至少一个功率半导体开关器件，各个功率半导体开关器件相互串联，且主断路器中功率半导体开关器件的数量大于辅助断路器中功率半导体开关器件的数量，第一非线性电阻与主断路器相互并联，第一高速机械开关与辅助断路器相互串联;其特征在于:还包括第二高速机械开关，第一高速机械开关和第二高速机械开关分别与辅助断路器的两端相串联构成通态支路，通态支路与主断路器相并联。该专利通过在辅助断路器的两端串联第一高速机械开关和第二高速机械开关，能够有效为辅助断路器的工作过程提供更加全面的保护，而且有利于辅助断路器的隔离检修，提高了直流分断装置整体的使用性能与维护的便捷性;针对辅助断路器，设计第二非线性电阻，且第二非线性电阻的动作电压小于所述辅助断路器所能承受的最大电压，能够有效保证了辅助断路器工作过程的安全性，防止辅助断路器因过压而损坏，提高了使用寿命，该专利需要数量较多的功率半导体器件使得断路器的反应时间较长，降低了断路器的灵敏性和可靠性，且提高了断路器的成本，非线性电阻和主断路器并联降低了部件的安全性。
[0005]在【背景技术】部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0006]针对上述现有技术存在的不足或缺陷，本发明的目的在于提出一种强制电流转移电路，通过电流辅助转移装置产生的高导通电压，配合转移电路，可以有效的将电流从主电流电路强制转移至转移电路。并且由于电流截止装置的作用，可以实现所有电流的完全转移。本发明的强制电流转移电路的电路简单、部件少，反应时间短，提高了强制电流转移电路的灵敏性和可靠性。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
[0008]根据本发明的第一方面，强制电流转移电路包括主电流电路、转移电路以及第一接入端和第二接入端。
[0009]所述主电流电路由可以在连续承载并导通电流的导通状态和截止电流的截止状态之间切换的电流截止装置和可以在连续承载并导通电流的导通状态和具有高通态电压的辅助转移状态之间切换的电流辅助转移装置串联组成。
[0010]所述第一接入端连接所述电流截止装置的一端，所述电流截止装置的另一端与所述电流辅助转移装置的一端相连;所述电流辅助转移装置的另一端连接所述第二接入端。
[0011]所述转移电路是由单一或多种电气元件连接构成的具有承受所述主电流电路转移的电流的电路，所述转移电路和所述主电流电路并联。
[0012]优选地，所述电流截止装置是功率半导体开关元件或机械开关元件及其串并联组合，其中所述功率半导体开关元件为二极管、晶闸管、绝缘栅双极晶体管、双模式绝缘栅晶体管或集成门极换流晶闸管及其串并联组合，所述机械开关元件为由永磁机构、电磁铁机构或斥力机构作为操动机构的气体绝缘或真空绝缘开关及其串并联组合。
[0013]优选地，所述电流辅助转移装置包括超导限流器、液态金属限流器、非线性电阻或热敏电阻及其串并联组合。
[0014]优选地，所述转移电路包括由多个晶闸管串联组成的第一电路和由晶闸管、电容和电感器串联组成的第二电路，所述第一电路与所述第二电路并联。
[0015]优选地，所述电流辅助转移装置为电阻型超导限流器。
[0016]优选地，所述电流截止装置为隔离开关。
[0017]优选地，所述电感器为空心电感或含磁芯的电感器。
[0018]优选地，所述转移电路由多个绝缘栅双极晶体管串联组成。
[0019]优选地，所述电流辅助转移装置为液态金属限流器。
[0020]优选地，所述转移电路包括由电容与副边电感器串联组成的第一电路和由功率半导体器件、预充电电容和原边电感器串联组成的第二电路，所述原边电感器和副边电感器组成互感器，所述第一电路与主电流电路并联，所述第二电路与第一电路绝缘。通过在转移电路中串联互感器，控制互感器与直流系统隔离的原边侧的电容放电产生脉冲电流。可以实现电容充电单元与直流系统的隔离，显著减小充电单元的电压等级与体积，提高开断的可靠性。
[0021]根据本发明的第二方面，使用所述的强制电流转移电路的电流转移方法包括以下步骤。
[0022]第一步骤中，正常工作状态下，所述电流截止装置和辅助转移装置均处于所述导通状态，电流在第一接入端、所述主电流电路和第二接入端组成的通路中流过，所述转移电路没有电流流过，当需要所述电流从所述主电流电路转移至所述转移电路时，所述电流辅助转移装置从所述导通状态转变为辅助转移状态。
[0023]第二步骤中，在所述辅助转移状态中，所述电流辅助转移装置产生高通态电压，所述电流从所述主电流电路转移至所述转移电路；
[0024]第三步骤中，所述电流截止装置转变为截止状态，所述电流完成从所述主电流电路至所述转移电路的转移。
[0025]本发明对比已有技术优势在于:利用电流辅助转移装置产生的高导通电压，辅助电流转移到转移电路中，如果脱离发明所提供的强制电流转移电路，电流转移过程将会低效并且容易受到元件参数、元件配合、工作条件等多种因素的影响。
【附图说明】
[0026]参照附图，上述以及其他本发明的目的、特征和优点，通过本发明实施例的以下说明性且非限制性详细描述将被更好地理解，其中:
[0027]图1是根据本发明一个实施例的强制电流转移电路的结构示意图；
[0028]图2是根据本发明一个实施例的强制电流转移电路的强制电流转移过程电流波形示意图；
[0029]图3是根据本发明另一个实施例的强制电流转移电路的