一种直流断路器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及大功率电力电子技术领域，具体涉及一种MMC子模块混合型高速直流断路器。
【背景技术】
[0002]近几年，随着我国经济和科技的不断发展，对能源的需求也日益增加。为有效解决我国的能源分布不均问题，直流输电技术目前正在成为一种有效的手段。尤其是柔性直流输电技术的逐渐成熟更是促进了分布式新能源发展。由于直路系统具有故障发展速度快的特性，尤其是对于基于IGBT器件的柔性直流输电系统，由于存在反并联二极管，当直流侧发生故障时，无法快速限制短路电流。因此直流断路器的研宄对于直流输电系统的稳定性有着重要的意义。
[0003]在高压直流断路器研宄方面，国外公司和部分研宄机构开展的较早，并且已经逐渐地实现了理论设计向工程实践的转化。现有全固态断路器，价格昂贵，特别是通态损耗较大，在高压大容量场合经济性很低；为解决固态直流断路器的通态损耗问题，业界提出了基于强迫换流的机械开关与固态开关并联混合使用的技术方案，其中基于电力电子器件串联的强制换流型直流断路器对于串联器件的电压均衡有着非常高的要求，实现难度大。而基于子模块级联换流的直流断路器工作过程中换流时间较长，且经济性较差。
[0004]专利:一种高压直流断路器拓扑(CN 103681039 A)提出的一种直流断路器技术，通过在第二电流通路上设置单元投切模块，在直流故障时，控制装置各电流通路的开关通断，将流过第一电流通路的电流转换到第二电流通路上，利用第二电流通路的电容与各避雷器电压叠加，对故障电流限流。该方案中的单元投切模块比较复杂，整个直流断路器的成本较高，不利于实际生产应用。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种直流断路器，用以解决现有技术中断路器换流时间长、成本高的问题。
[0006]为实现上述目的，本实用新型的方案包括:
[0007]一种直流断路器，包括换流支路和主电子开关支路，各支路并联连接，所述主电子开关支路由全桥型MMC子模块级联组成或者由半桥型MMC子模块级联组成或者由若干全桥型MMC子模块与若干半桥型MMC子模块按照设定个数、顺序级联组成。
[0008]所述半桥MMC子模块由第一 IGBT、第二 IGBT和电容组成，其中第一 IGBT的集电极与第二 IGBT的发射级连接，电容的负极与第一 IGBT的发射级连接，电容的正极与第二 IGBT的集电极连接，第一 IGBT的射级作为半桥MMC子模块的第一输出端，第二 IGBT的射级作为半桥MMC子模块的第二输出端。
[0009]所述全桥MMC子模块由第一 IGBT、第二 IGBT、第三IGBT、第四IGBT和电容组成，其中电容的正极与第一 IGBT的集电极和第三IGBT的集电极相连接，电容的负极与第二 IGBT的发射级和第四IGBT的发射级相连接，第一 IGBT的发射级与第二 IGBT的集电极相连接，该连接端作为全桥MMC子模块的第一输出端，第三IGBT的发射级与第四IGBT的集电极相连接，该连接端作为全桥MMC子模块的第二输出端。
[0010]所述直流断路器包括至少一个避雷器，所述避雷器并联在所述换流支路和主电子开关支路的对应支路或元件上。
[0011]本实用新型的有益效果:在断路器关断过程中，通过在主电子开关支路设置全桥子模块、半桥子模块或全桥和半桥混合子模块，能够使在换流开关在关断后，电流能快速从换流支路转移到主电子开关支路，并且主电子开关支路中子模块的全控器件在关断后电流能迅速下降至零，保证了断路器的高速关断过程，同时，所用各子模块结构简单，成本低，适合大规模生产。
【附图说明】
[0012]图1是子模块混合型高速直流断路器拓扑结构；
[0013]图2是全桥子模块电路拓扑；
[0014]图3是半桥子模块电路拓扑；
[0015]图4是全桥-半桥混合子模块电路拓扑；
[0016]图5是子模块混合型高速直流断路器关断过程中的控制逻辑；
[0017]图6是正常运行时子模块混合型高速直流断路器的工作状态；
[0018]图7是子模块混合型高速直流断路器换流过程(以全桥MMC子模块为例进行说明)；
[0019]图8是图7的全桥形式原理图；
[0020]图9是主电子开关支路关断过程中断路器的工作状态(以全桥MMC子模块为例进行说明)；
[0021]图10是图9的全桥形式原理图；
[0022]图11是子模块混合型高速直流断路器断开过程中的电流波形；
[0023]图12是实施例2的电路原理图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
[0025]实施例1:
[0026]如图1、2、3、4所示，本方案的直流断路器由换流支路、主电子开关支路，以及避雷器支路组成，这三条支路并联组成。
[0027]主电子开关支路由若干个MMC子模块(SM1-SMn)级联组成，MMC子模块有三种形式:全桥MMC子模块结构、半桥MMC子模块结构，以及若干全桥型MMC子模块与若干半桥型MMC子模块按照设定个数、顺序进行组合的结构。主电子开关支路由上述MMC子模块的一种或者多种结构级联组成。
[0028]其中半桥MMC子模块由第一 IGBT、第二 IGBT和电容组成，其中第一 IGBT的集电极与第二 IGBT的发射级连接，电容的负极与第一 IGBT的发射级连接，电容的正极与第二 IGBT的集电极连接，第一 IGBT的射级作为半桥MMC子模块的第一输出端，第二 IGBT的射级作为半桥MMC子模块的第二输出端。
[0029]全桥MMC子模块由第一 IGBT、第二 IGBT、第三IGBT、第四IGBT和电容组成，其中电容的正极与第一 IGBT的集电极和第三IGBT的集电极相连接，电容的负极与第二 IGBT的发射级和第四IGBT的发射级相连接，第一 IGBT的发射级与第二 IGBT的集电极相连接，该连接端作为全桥MMC子模块的第一输出端，第三IGBT的发射级与第四IGBT的集电极相连接，该连接端作为全桥MMC子模块的第二输出端。
[0030]换流支路由机械开关和换流开关串联组成，换流开关由若干IGBT反向串联组成，用于在断路器关断时快速将电流转移到主电子开关电路中。
[0031]下面以全桥MMC子模块为例，作下述说明:
[0032]直流断路器正常运行时，如图6所示，换流支路中的IGBT处于导通状态，机械开关处于闭合状态；直流电流从换流支路中流过，主电子开关支路中子模块全部处于关断状态，没有电流流过。