r>[0032]当故障发生后即h时刻，首先关断换流开关中全部子模块的IGBT，子模块中的电容开始充电，电容电压逐渐升高。然后触发主电子开关支路中所有开关单元的IGBT。两组开关的IGBT动作过程中留出一定的时延，如图2中的h?
[0033]主电子开关单元触发导通后，主电子开关支路电阻非常小，同时晶闸管两端为反向电压，因此电流迅速从换流支路转移到主电子开关支路，换流支路上的电流快速降到零，如图2中所述的t2。
[0034]换流支路上的电流下降到零后，需要给晶闸管留出足够的关断时间(熄弧角)，然后关断主电子开关支路中所有开关单兀的IGBT，如图中的t2?13o
[0035]图3所示为正常运行时强迫换流型全固态高速直流断路器的工作状态。
[0036]正常运行时，换流支路中换流开关子模块的IGBT处于导通状态，固态开关中晶闸管也处于导通状态；直流电流从换流支路中流过，主电子开关支路所有开关单元的IGBT处于关断状态，没有电流流过。
[0037]图4所示为强迫换流型全固态高速直流断路器换流过程。
[0038]当直流电路出现故障，需要断路器断开时，首先关断换流开关中全部子模块的IGBT，故障电流通过子模块IGBT的反并联二极管对子模块电容进行充电；当电容达到一定值时，触发导通换流支路中所有换流单元的IGBT。
[0039]晶闸管两端的电压UT〈0，即此时晶闸管两端是反向电压，换流支路上的电流^开始迅速减小到零；主电子开关支路中的电流Id2迅速增加，当I dl= O时换流过程完成，故障电流全部转移到主电子开关支路。
[0040]图5中所示为主电子开关支路关断过程中断路器工作状态。
[0041]换流支路上的电流减小到零后，需要为晶闸管留出一定的关断时间(即熄弧角)后，固态开关才能算彻底关断，换流支路完成断开。
[0042]在晶闸管恢复正向阻断能力后，关断主电子开关支路中所有开关单元的IGBT，此时主电子开关电路中的电阻非常大，因此电流迅速减小到零。
[0043]在主电子开关支路中所有IGBT关断后，断路器上形成过电压，开关单元中避雷器电流上升，将能量吸收。
[0044]主电子开关支路上的电流快速减小为零，强迫换流型全固态高速直流断路器完成直流电路的断开任务，最后拉开隔离开关。
[0045]图6所示为本发明专利提出强迫换流型全固态高速直流速断路器在断开过程中换流支路和主电子开关支路中电流波形图。
[0046]断路器在0.1ms时刻开始动作，换流开关关断，电容充电。
[0047]在1.1ms时刻，触发开通主电子开关支路所有开关单元的IGBT，换流支路电流迅速下降为零，换流支路和主电子开关支路换流过程结束。
[0048]在换流支路电流为零后，为晶闸管留出足够的管段时间，在2.15ms时刻关断主电子开关支路中所有开关单元的IGBT。
[0049]在2.3ms时刻，断路器中的电流下降为零，直流断路器完成关断。断路器整个工作过程持续时间小于2.2msο
[0050]本发明专利提出强迫换流型全固态高直流速断路器在断开过程中，换流开关在关断后MMC子模块中电容充电，在主电子开关支路触发导通后，晶闸管两端形成反向电压，换流支路上的电流迅速下降到零，晶闸管正向阻断能力快速回复后，换流支路断开。主电子开关支路在关断后电流能迅速下降至零。断路器中没有采用机械开关，通过对电力电子器件的控制完成电流的转移与关断，保证了断路器的动作时间。固态开关和换流开关中电力电子器件个数少，显著降低了断路器运行中的损耗。
[0051]换流开关实施例
[0052]本实施例中的换流开关与以上实施例中的换流开关结构相同，故不再次说明。
[0053]以上给出了本发明的【具体实施方式】，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种强迫换流型全固态高速直流断路器，包括并联的换流支路和主电子开关支路，所述换流支路由固态开关和换流开关串联组成；其特征在于，所述换流开关由全桥型MMC子模块级联组成，或者由半桥型MMC子模块级联组成，或者由全桥型MMC子模块与半桥型MMC子模块按照设定个数、顺序级联组成。2.根据权利要求1所述的强迫换流型全固态高速直流断路器，其特征在于，所述主电子开关支路由至少一个主电子开关单元串联构成，主电子开关单元由反向串联的全控型开关器件组成。3.根据权利要求2所述的强迫换流型全固态高速直流断路器，其特征在于，所述固态开关由至少一组反向并联的晶闸管构成，多组反向并联的晶闸管之间串联。4.根据权利要求3所述的强迫换流型全固态高速直流断路器，其特征在于，所述全控型开关器件是IGBT。5.根据权利要求1或2或3或4所述的强迫换流型全固态高速直流断路器，其特征在于，所述直流断路器还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。6.用于直流断路器的换流开关，其特征在于，所述换流开关由全桥型MMC子模块级联组成，或者由半桥型MMC子模块级联组成，或者由全桥型MMC子模块与半桥型MMC子模块按照设定个数、顺序级联组成。
【专利摘要】本发明涉及一种强迫换流型全固态高速直流断路器和换流开关，强迫换流型全固态高速直流断路器包括并联的换流支路和主电子开关支路，所述换流支路由固态开关和换流开关串联组成；所述换流开关由全桥型MMC子模块级联组成，或者由半桥型MMC子模块级联组成，或者由全桥型MMC子模块与半桥型MMC子模块按照设定个数、顺序级联组成。本发明提出的强迫换流型全固态高速直流短路器具有拓扑结构易于实现，控制灵活，关断速度快，损耗小并具有较好的技术经济性。
【IPC分类】H03K17/04, H03K17/567
【公开号】CN104980137
【申请号】CN201510315026
【发明人】吴金龙, 张军, 王先为
【申请人】许继电气股份有限公司, 西安许继电力电子技术有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年6月10日