一种使线路双向电流分断的装置及其控制方法
【专利摘要】本发明公开一种使线路双向电流分断的装置，包括分断电流支路和通态电流支路；其中，分断电流支路包括一个非线性电阻和一个第一功率半导体器件的并联连接，或一个非线性电阻和至少两个相互串联的第一功率半导体器件的并联连接；通态电流支路包括至少一个双向功率半导体开关和至少一个高速隔离开关的串联连接；所述装置还包括桥式支路，所述桥式支路包括由4条完全相同的换向支路所构成的两条桥臂，各换向支路均包括至少一个第二功率半导体器件的串联连接。此装置在保证足够快的分断速度和低损耗的前提下，大大降低装置的成本，减小装置器件布局、安装及布线的难度。本发明还公开一种该装置的控制方法。
【专利说明】—种使线路双向电流分断的装置及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及使流经线路的双向电流分断的装置，以及该装置的控制方法。
【背景技术】
[0002]在多端直流输电系统中，高压直流断路器是至关重要的设备之一。多端高压直流输电系统由于电压等级高、线路阻抗小，一旦发生线路短路故障，将很快影响到直流输电网络和交流网络，必须迅速切除故障。因此，高压直流断路器需要动作速度快，能够最大限度的减小故障持续时间或抑制故障电流，减小故障对交/直流输电网络的冲击。由于高压直流断路器串联于输电线路，除要求断路器有较高的开断电路的速度，还要求断路器有尽量小的损耗。高压直流输电线路中潮流方向不确定，电流可能存在两个方向，因此一般要求断路器能够分断两个方向的直流电流。
[0003]中国专利申请CN102780200A采用传统高压直流断路器分断直流电流，传统高压直流断路器结构由三部分构成:交流断路器、LC振荡回路和耗能元件。交流断路器分开后产生电弧，电弧电压与LC振荡回路发生谐振，当振荡电流峰值达到直流电流幅值时可完全抵消直流电流，使断路器端口出现过零点，促使电弧熄灭，实现关断直流电流的目的。这种分断方式可以分断两个方向的电流，且正常工作时损耗很小。但是，传统高压直流断路器灭弧时间较长，约几十毫秒，无法满足快速隔离多端直流输电系统故障的需求。
[0004]在欧洲专利EP0867998B1中提出了基于半导体器件的固态断路器结构，由可关断半导体器件组和耗能元件构成。可关断半导体器件组由很多个低压可关断半导体元件串联组成，由于可关断半导体器件的分断速度很快，为微秒级，该方式可以快速的关断直流故障电流。但是，由于半导体器件组的通态压降大，增加了输电损耗、降低了输电效率。
[0005]为满足快速隔离直流故障电流并且保持较高的输电效率，中国专利申请CN102687221A公开了一种使输电线路或配电线路的电流断路的装置和方法以及限流布置。包括主断路器、高速开关、辅助断路器和非线性电阻耗能元件。正常工作模式下，线路电流流过辅助回路，通态损耗小；故障模式下，电流换至主断路器，最终由耗能元件吸收分断能力。
[0006]该高压直流断路装置关断故障电流后主断路器承受数百kV电压，仅在一个电流方向上功率半导体器件串联数目就已达到数百只。由于功率半导体器件只能单方向导通，为了实现在两个电流方向上都能够关断故障电流，该高压直流断路装置中的主断路器基本串联单元采用了两个功率半导体器件反串联或反并联结构，主断路器的功率半导体器件数量增加了一倍，在第一电流方向分断时，第二电流方向的功率半导体器件对分断电流或承受电压没有有益作用，相当于主断路器功率半导体器件的利用率只有50%。由于功率半导体器件的成本在该装置总成本中占有很大的比例，因此为了实现双向电流的分断功能，大大增加了装置的成本。
[0007]主断路器中第二电流方向的功率半导体器件的增加不但不会产生有益作用，第二电流方向的功率半导体器件反而会受到在第一电流方向关断时产生的过压和过流的不利影响。如果第二电流方向的功率半导体器件与第一电流方向的功率半导体器件采用反向并联的方式连接，在第一电流方向关断时的过电压将施加在第二电流方向的功率半导体器件上，该电压对于第二电流方向的功率半导体器件来说是反向电压，会对器件造成损伤；如果采用第二电流方向的带反并联二极管的功率半导体器件与第一电流方向的带反并联二极管的功率半导体器件采用反向串联的方式连接，在第一电流方向关断过程中产生的很高的突变电流将流过第二电流方向的功率半导体器件中的续流二极管，会对器件的寿命造成不利影响。
[0008]增加的第二电流方向的功率半导体器件也会对主断路器的结构设计及电气设计造成不利的影响，第一电流方向的功率半导体器件的布置方向是一致的，使得电气设计及结构设计具有一致性。第二电流方向的功率半导体器件的增加破坏了原有布置方向的一致性，导致对器件布局、安装及布线的难度增加。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提出一种使线路双向电流分断的装置及其控制方法，在保证足够快的分断速度和低损耗的前提下，大大降低装置的成本，减小装置器件布局、安装及布线的难度。
[0010]为了达成上述目的，本发明采用的解决方案是:
[0011]一种使线路双向电流分断的装置，包括分断电流支路和通态电流支路；其中，分断电流支路包括一个非线性电阻和一个第一功率半导体器件的并联连接，或一个非线性电阻和至少两个相互串联的第一功率半导体器件的并联连接；通态电流支路包括至少一个双向功率半导体开关和至少一个第一高速隔离开关的串联连接；
[0012]所述装置还包括桥式支路，所述桥式支路包括由4条完全相同的换向支路所构成的两条桥臂，各换向支路均包括至少一个第二功率半导体器件的串联连接；所述4条换向支路两两一组同向串联，所形成的两条桥臂再进行并联；
[0013]所述装置的连接关系为以下4种中的任意一种:
[0014]a)所述装置包括一条分断电流支路、一条通态电流支路和一个桥式支路，所述通态电流支路的两端分别连接桥式支路两桥臂的桥臂中点，所述两桥臂均与分断电流支路并联连接；
[0015]b)所述装置包括至少两组分断电流支路、通态电流支路和桥式支路，每一组中，所述通态电流支路的两端分别连接桥式支路两桥臂的桥臂中点，所述两桥臂均与分断电流支路并联连接；且所有通态电流支路依次顺序串联连接；
[0016]c )所述装置包括一条通态电流支路以及至少两组分断电流支路和桥式支路，每一组中的桥式支路两桥臂均与对应的分断电流支路并联连接，且各组中桥式支路桥臂中点依次顺序串联连接；所述通态电路支路的两端分别连接前述串联电路中首尾桥式支路端部的桥臂中点；
[0017]d)所述装置包括一条通态电流支路、一个桥式支路和至少两条分断电流支路，所述各分断电路支路依次顺序串联连接后，再与桥式支路两桥臂并联连接，所述通态电路支路的两端分别连接桥式支路两桥臂的桥臂中点。
[0018]上述第一功率半导体器件具有开通关断电流能力。[0019]上述第二功率半导体器件不具有开通关断电流能力。
[0020]上述双向功率半导体开关包括相互并联的第三、四功率半导体器件，且第三、四功率半导体器件的电流开关方向相反。
[0021]上述双向功率半导体开关包括两个功率半导体器件和两个二极管，其中，第五功率半导体器件与第一二极管并联，且二者电流开关方向相反；第六功率半导体器件与第二二极管并联，且二者电流开关方向相反；所述两个并联支路串联连接，且第五、六功率半导体器件的电流开关方向相反，第一、二二极管的电流开关方向相反。
[0022]上述换向支路还包括至少一个第二高速隔离开关，所述第二高速隔离开关与第二功率半导体器件相互串联。
[0023]一种使线路双向电流分断的装置的控制方法，定义所述装置中通态电流支路与桥式支路的两个连接点分 别为装置的两端，所述装置以该两端串联连接到线路的电流通路；所述通态电流支路中的第一高速隔离开关与双向功率半导体开关闭合，桥式支路中的第二功率半导体器件闭合，分断电流支路中的第一功率半导体器件闭合；所述控制方法包括如下步骤:
[0024]一如果接收到通态电流支路的断开信号，则断开通态电流支路的双向功率半导体开关，由此将电流变换到桥式支路和分断电流支路；
[0025]一此后，断开通态电流支路的第一高速隔离开关；
[0026]一此后，如果接收到分断电流支路的断开信号，则断开分断电流支路中的第一功率半导体器件，由此将电流变换到所述非线性电阻。
[0027]一种使线路双向电流分断的装置的控制方法，定义所述装置中通态电流支路与桥式支路的两个连接点分别为装置的两端，所述装置以该两端串联连接到线路的电流通路；所述通态电流支路中的第一高速隔离开关与双向功率半导体开关闭合，桥式支路中的第二功率半导体器件与第二高速隔离开关闭合，分断电流支路中的第一功率半导体器件闭合；所述控制方法包括如下步骤:
[0028]一如果接收到通态电流支路的断开信号，则断开通态电流支路的双向功率半导体开关，由此将电流变换到桥式支路和分断电流支路；
[0029]一此后，断开通态电流支路的第一高速隔离开关；确定与电流输入端所连接的桥臂上与该电流输入端直接或间接连接的阴极的第二功率半导体器件，断开该第二功率半导体器件所在换向支路的第二高速隔离开关；确定与电流输出端所连接的桥臂上与该电流输出端直接或间接连接的阳极的第二功率半导体器件，断开该第二功率半导体器件所在换向支路的第二闻速隔尚开关；
[0030]一此后，如果接收到分断电流支路的断开信号，则断开分断电流支路中的第一功率半导体器件，由此将电流变换到所述非线性电阻；
[0031]一将桥式支路中尚处于闭合状态的第二高速隔离开关断开，完成整个分断过程。
[0032]采用上述方案后，本发明具有以下特点:
[0033](I)通态损耗低:在线路正常工作时，线路电流流过由几乎零阻抗的高速隔离开关与导通压降很小的少量功率半导体器件组成的通态电流支路。电流换向支路与分断电流支路由于需要更高的导通压降，几乎没有电流流过，不需要为电流换向支路额外安装冷却系统。装置的总损耗很低；[0034](2)与传统高压直流断路器相比分断速度较快，采用功率半导体器件作为分断电流执行单元，速度很快，通常功率半导体器件的分断速度仅需几十微秒，可以忽略不计，装置的总分断时间主要在于高速隔离开关的分断时间，目前，高速隔离开关的分断速度可达1- 3ms，可以预测，装置的总分断时间在3 — 5ms左右，比传统高压直流断路器的分断速度快的多。
[0035](3)仅较小的成本实现双向电流的分断:本发明中的分断电流支路由同一个电流方向的功率开关器件串联组成，通过电流换向支路使得线路中的双向电流流过分断电流支路为同一方向。当线路电流为第一电流方向时，电流换向支路(A，D)与第一电流方向一致，电流换向支路(B，C)中的功率半导体器件与第一电流方向相反，处于反向截止状态。当线路电流为第二电流方向时，电流换向支路(B，C)与第二电流方向一致，电流换向支路(A，D)中的功率半导体器件与第二电流方向相反，处于反向截止状态。由此可见，当线路电流方向不同时，流过分断电流支路的电流方向是一致的。电流换向支路可以有两种组成方式:一种方式是采用少量的功率半导体器件与一个高速隔离开关串联，高速隔离开关用于隔断较高的关断电压，另一种方式是采用大量的功率半导体器件串联，承受高关断电压。本发明优选第一种方案，尤其对于电压很高的场合。电流换向支路一共包括少量的功率半导体器件和四组高速隔离开关，功率半导体器件数量很少，成本很低，高速隔离开关只是无电流状态下分开，无需灭弧，仅起到隔断电压的作用，成本较低。总体成本与专利CN102687221A相比成本大大减小，提高了装置中的功率半导体器件的利用效率，同时避免了专利CN102687221A实现双向功能的缺陷。
[0036](4)控制方法用于当电流达到极限值，通过操作使得线路中投入一特定数量的非线性电阻达到改变线路阻抗，起到限制故障电流上升的作用，是对装置应用上的扩展，具有装置的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1是本发明使线路双向电流分断的装置图；
[0038]图2是第一电流方向与功率半导体器件的方向对应关系图；
[0039]图3是第二电流方向与功率半导体器件的方向对应关系图；
[0040]图4是电流换向支路的第一示例图；
[0041]图5是电流换向支路的第二示例图；
[0042]图6是本发明的另一实施例；
[0043]图7是本发明的再一实施例；
[0044]图8是本发明的又一实施例；
[0045]图9是本发明中双向功率半导体开关的第一实施例；
[0046]图10是本发明中双向功率半导体开关的第二实施例。
【具体实施方式】
[0047]以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0048]如图1所示，本发明提供一种使线路双向电流分断的装置20，包括分断电流支路9和通态电流支路30，其中，分断电流支路9包括一个非线性电阻13与一个功率半导体器件5的并联连接，或一个非线性电阻13与至少两个相互串联的功率半导体器件5的并联连接，通态电流支路30包括至少一个双向功率半导体开关12和至少一个高速隔离开关11的串联连接，前述双向功率半导体开关12、高速隔离开关11为至少两个时，其连接关系为相互串联。
[0049]所述装置还包括4条电流换向支路A、B、C、D，其中，4条换向支路的结构及组成器件类型、参数完全相同，各条换向支路均包括至少一个功率半导体器件7和至少一个高速隔离开关6的串联连接，前述功率半导体器件7为至少两个时，其连接关系是同向串联，所述高速隔离开关6为至少两个时，其连接关系为相互串联或间接串联。所述4条换向支路两个一组同向串联，所述两条串联支路再进行并联，在本实施例中，所述换向支路A、B同向串联，组成一条桥臂，换向支路C、D同向串联，组成另一条桥臂，前述两条桥臂再进行并联，所说的“同向串联”具体是针对功率半导体器件7而言。
[0050]所述装置的连接关系是:通态电流支路30的一端连接换向支路A、B构成的桥臂中点3，且定义电流由外部进入该连接点的方向为第一电流方向14，而通态电流支路30的另一端连接换向支路C、D构成的桥臂中点4，定义电流由外部进入该连接点的方向为第二电流方向15，两桥臂均与分断电流支路9并联连接；所述装置20的输入端还连接限流电抗器19的一端，形成串联连接，该限流电抗器10用以限制短路电流上升。
[0051]在本实施例中，分断电流支路9中的功率半导体器件5需要具有开通关断电流能力，可采用门极可关断器件IGBT、IEGT, GTO等；换向支路中的功率半导体器件7不需具有开通关断电流能力，可采用二极管。
[0052]所述换向支路A、D均包括至少一个高速隔离开关6和所述第一电流方向14的至少一个功率半导体器件7的串联连接，电流方向与功率半导体器件7的方向对应关系如图2所示；所述电流换向支路B、C均包括至少一个高速隔离开关6和所述第二电流方向15的至少一个功率半导体器件7的串联连接，电流方向与功率半导体器件7的方向对应关系如图3所示。采用这种布置方式是利用功率半导体器件具有单向导通的特性，使得线路中的双向电流流过分断电流支路9为同一方向，如图1中的节点I至节点2。
[0053]所述4条换向支路均由高速隔离开关6和功率半导体器件7串联组成，如图4所示。高速隔离开关6的主要作用是隔断电压。在分断电流支路9分断后，会在节点I和节点2之间产生很高的分断电压，该电压施加到换向支路，高速隔离开关6可承受很高的分断电压，使所述换向支路中的功率半导体器件7承受很小的分断电压即可，需很少数量器件串联，这种方式节省装置成本。
[0054]所述4条换向支路还可以采用如图5所示的方式进行替代，作为一种可选方式，换向支路也可以为至少一个功率半导体器件7组成的串联连接，这种方式省掉了高速隔离开关，但功率半导体器件7的串联连接需能够承受很高的电压，需要很多数量器件串联。
[0055]其中所述换向支路中的功率半导体器件7可同方向并联，以提高换向支路的承受电流能力。
[0056]装置20串联于线路44中，通态电流支路30仅有少量功率半导体器件，导通压降更小，正常状态下，线路电流流过通态电流支路30，产生的损耗很小。
[0057]所述的通态电流支路30由至少一个双向功率半导体开关12和高速隔离开关11组成，其中双向功率半导体开关12包括第一电流方向14的功率半导体器件5和第二电流方向15的功率半导体器件28的并联连接，如图9所示。
[0058]所述的双向功率半导体开关12还可以是另一种结构，包括第一电流方向14的功率半导体器件5和第二电流方向15的二极管26的第一并联连接,及第二电流方向15的功率半导体器件25和第一电流方向14的二极管27的第二并联连接，第一并联连接与第二并联连接串联连接，如图10所示。
[0059]所述装置20中的分断电流支路9中的功率半导体器件5布置方向始终与线路电流方向一致，如图2和图3所示，分断电流支路9中的电流方向为由节点I至节点2。分断电流支路9相比通态电流支路30具有更高的电压阻塞能力，分断电流支路9的主要作用是中断线路中的电流，并能够承受较高的分断电压，支路包括很多个功率半导体器件5的串联连接，接到分断指令时，同时分断功率半导体器件5，分断后会在节点I与节点2之间产生分断电压，高电压使并联在支路两端的非线性电阻13阻抗发生变化，最终电流被换至非线性电阻13，能量由非线性电阻13吸收。
[0060]分断电流支路9中的功率半导体器件5可同方向并联，以提高支路的承受电流能力。
[0061]本发明还包括前述使线路双向电流分断的装置20的控制方法，其中所述装置20串联连接到线路44的电流通路，其中所述装置20中的通态电流支路30中的高速隔离开关11与双向功率半导体开关12闭合，4条换向支路A、B、C、D的高速隔离开关6和功率半导体器件7闭合，分断电流支路9中的功率半导体器件5闭合，所述方法包括下列步骤:
[0062]一如果接收到通态电流支路30的断开信号，则断开通态电流支路30的双向功率半导体开关12，由此将电流变换到换向支路A、B、C、D和分断电流支路9，
[0063]一此后，判断线路44的电流方向，如果为第一电流方向14，同时断开电流换向支路B、C的高速隔离开关6及通态电流支路30的高速隔离开关11 ;当为第一电流方向14时，如图2所示，电流换向支路B、C和通态电流支路30会承受分断电流支路9分断产生的高分断电压，因此，在分断电流支路9分断之前，务必将电流换向支路B、C和通态电流支路30的高速隔离开关11分开，以防止上述支路的功率半导体器件承受高分断电压而损坏；而电流换向支路A、D与分断电流支路9是串联连接关系，有分断电流流过，但不会承受高分断电压，应保持闭合状态。
[0064]如果为第二电流方向15，同时断开电流换向支路A、D的高速隔离开关6及通态电流支路30的高速隔离开关11，当为第二电流方向14时，如图3所示，电流换向支路A、D和通态电流支路30会承受分断电流支路9分断产生的高分断电压，因此，在分断电流支路9分断之前，务必将电流换向支路A、D和通态电流支路30的高速隔离开关11分开，以防止上述支路的功率半导体器件承受高分断电压而损坏；而电流换向支路B、C与分断电流支路9是串联连接关系，有分断电流流过，但不会承受高分断电压，应保持闭合状态。
[0065]一此后，如果接收到分断电流支路9的断开信号，则断开分断电流支路中的功率半导体器件5，由此将电流变换到所述非线性电阻13。
[0066]—确认线路电流降为零时，将电流换向支路A、B、C、D中处于闭合状态的高速隔离开关6断开，完成整个分断过程。
[0067]本发明还有其它几种实施结构，以下将做简要介绍。
[0068]如图6所示，装置40包括相互串联连接且与线路44的电流通路串联连接的至少两个所述的装置20，其中所述装置40适合在所述电流通路中的电流超过电流极限时，控制一定数量的所述至少两个装置20，使得通过所示至少两个装置20的通态电流支路30流过电流换向到非线性电阻13。
[0069]如图7所示，与线路44串联连接的装置41包括至少两个电流换向支路A、B和电流换向支路C、D与分断电流支路9的并联连接，其中所述并联连接相互串联连接，该串联连接与通态电流支路30并联连接。所述电流通路中的电流超过电流极限时，操作通态电流支路30及一定数量的所述至少两个电流换向支路A、B，电流换向支路C、D与分断电流支路9的并联连接，使得通过通态电流支路30的电流换向到所述至少两个并联连接中的非线性电阻13。
[0070]如图8所示，与线路44串联连接的装置42包括至少两个分断电流支路9的串联连接，其中，分断电流支路9包括至少一个功率半导体器件5和非线性电阻13的并联连接，还包括至少一个双向功率半导体开关12和至少一个高速隔离开关11串联连接组成的通态电流支路30 ;还包括电流换向支路A、B、C、D，所述电流换向支路A、B、C、D均包括至少一个功率半导体器件7和至少一个高速隔离开关6的串联连接，通态电流支路30的一端连接至电流换向支路A、B构成的桥臂中点3，通态电流支路30的另一端连接至电流换向支路C、D构成的桥臂中点4，两桥臂均与所述至少两个分断电流支路9的串联连接构成并联连接。
[0071]其中，所述电流通路中的电流超过电流极限时，操作所述通态电流支路30及一定数量的所述至少两个分断电流支路9的串联连接，使得通过通态电流支路30的电流换向到所述至少两个分断电流支路9的串联连接的非线性电阻13。
[0072]以一个实施例说明本发明的【具体实施方式】:
[0073]设计装置20能够分断±400kV高压直流输电线路的双向电流，电流分断能力为2kA。
[0074]如图1所示，分断该线路双向电流的装置20包括:分断电流支路9，电流换向支路A、B、C、D和通态电流支路30:其中，分断电流支路9应至少能够承受800kV的分断电压，考虑一定裕量，按照分断1200kV设计，选择两个4.5kV/l.6kA的IGBT并联作为一个单元器件，考虑在关断时刻可能出现的电压不均，对器件的耐压设计要留有一定裕量，共需要400个单元器件串联，构成一个IGBT阀组，总器件数量为800。所有IGBT布置方向一致。
[0075]通态电流支路30包括双向功率半导体开关12和闻速隔尚开关11串联，闻速隔尚开关11要求具有较快的分断速度，分断后断口能够耐受1200kV电压。4.5kV/l.6kA的带续流二极管的IGBT反向串联构成一个单元器件，通态电路支路30共需要3个单元器件串联后，再并联组成，构成一个阀组，共需要6个单元器件，总器件数量为12，IGBT和续流二极管的布置方向为两个方向。通态电流支路30连接线路两端的桥臂中点3与桥臂中点4。
[0076]装置20还包括电流换向支路A、B、C、D，其中，换向支路A、B构成中点与线路桥臂中点3连接的第一桥臂，换向支路C、D构成中点与线路桥臂中点4连接的第二桥臂，两桥臂均与分断电流支路9并联连接。
[0077]装置20共需要4个电流换向支路，每个支路的器件相同，每个支路包括功率半导体器7和高速隔离开关6，高速隔离开关6的技术要求与通态电流支路30基本一致。功率半导体器件7承受很小的分断电压即可，需很少的数量串联。功率半导体器件7选择为
4.5kV/l.6kA的二极管，共需要3个二极管串联后再并联，构成一个二极管组，每个支路需要二极管6个，4组电流换向支路共需要24个二极管，二极管的布置方向如图2和图3所
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[0078]控制方法包括下列步骤:
[0079]正常情况下，所述装置20中的通态电流支路30中的高速隔离开关11与双向功率半导体开关12闭合，电流换向支路A、B、C、D中的高速隔离开关6和功率半导体器件7闭合，分断电流支路9中的功率半导体器件5闭合，由于通态电流支路30仅包括3个IGBT串联，而分断电流支路9包括400个IGBT串联，分断电流支路9的额定电压阻断能力远大于通态电流支路30，也就是说通态电流支路30具有相对极小的等效导通电阻，正常线路电流流过通态电流支路30。
[0080]一如果接收到通态电流支路30的断开信号，则断开通态电流支路30的双向半导体开关12，由此将电流变换到电流换向支路和分断电流支路9，如果为第一电流方向14，电流流经通路如图2所示。如果为第二电流方向15,电流流经通路如图3所示。
[0081]一此后，判断线路44的电流方向，如果为第一电流方向14，同时断开电流换向支路B、C的闻速隔尚开关6及通态电流支路30的闻速隔尚开关11 ;如果为第二电流方向15,同时断开电流换向支路A、D的高速隔离开关6，及通态电流支路30的高速隔离开关11 ；
[0082]一此后，如果接收到分断电流支路9的断开信号，则同时断开分断电流支路9中的IGBT阀组，由此将电流变换到所述非线性电阻13。 [0083]一确认电流降为零时，将电流换向支路A、B、C、D中处于闭合状态的高速隔离开关6断开，完成整个分断过程。
[0084]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管本领域的技术人员阅读本申请后，参照上述实施例进行种种修改或变更，但这些修改或变更均在申请待批本发明的权利申请要求保护范围之内。
【权利要求】
1.一种使线路双向电流分断的装置，包括分断电流支路和通态电流支路；其中，分断电流支路包括一个非线性电阻和一个第一功率半导体器件的并联连接，或一个非线性电阻和至少两个相互串联的第一功率半导体器件的并联连接；通态电流支路包括至少一个双向功率半导体开关和至少一个第一高速隔离开关的串联连接；其特征在于: 所述装置还包括桥式支路，所述桥式支路包括由4条完全相同的换向支路所构成的两条桥臂，各换向支路均包括至少一个第二功率半导体器件的串联连接；所述4条换向支路两两一组同向串联，所形成的两条桥臂再进行并联； 所述装置的连接关系为以下4种中的任意一种: a)所述装置包括一条分断电流支路、一条通态电流支路和一个桥式支路，所述通态电流支路的两端分别连接桥式支路两桥臂的桥臂中点，所述两桥臂均与分断电流支路并联连接； b)所述装置包括至少两组分断电流支路、通态电流支路和桥式支路，每一组中，所述通态电流支路的两端分别连接桥式支路两桥臂的桥臂中点，所述两桥臂均与分断电流支路并联连接；且所有通态电流支路依次顺序串联连接； c)所述装置包括一条通态电流支路以及至少两组分断电流支路和桥式支路，每一组中的桥式支路两桥臂均与对应的分断电流支路并联连接，且各组中桥式支路桥臂中点依次顺序串联连接；所述通态电路支路的两端分别连接前述串联电路中首尾桥式支路端部的桥臂中占.d)所述装置包括一条通态电流支路、一个桥式支路和至少两条分断电流支路，所述各分断电路支路依次顺序串联连接后，再与桥式支路两桥臂并联连接，所述通态电路支路的两端分别连接桥式支路两桥臂的桥臂中点。
2.如权利要求1所述的一种使线路双向电流分断的装置，其特征在于:所述第一功率半导体器件具有开通关断电流能力。
3.如权利要求1所述的一种使线路双向电流分断的装置，其特征在于:所述第二功率半导体器件不具有开通关断电流能力。
4.如权利要求1所述的一种使线路双向电流分断的装置，其特征在于:所述双向功率半导体开关包括相互并联的第三、四功率半导体器件，且第三、四功率半导体器件的电流开关方向相反。
5.如权利要求1所述的一种使线路双向电流分断的装置，其特征在于:所述双向功率半导体开关包括两个功率半导体器件和两个二极管，其中，第五功率半导体器件与第一二极管并联，且二者电流开关方向相反；第六功率半导体器件与第二二极管并联，且二者电流开关方向相反；所述两个并联支路串联连接，且第五、六功率半导体器件的电流开关方向相反，第一、二二极管的电流开关方向相反。
6.如权利要求1所述的一种使线路双向电流分断的装置，其特征在于:所述换向支路还包括至少一个第二高速隔离开关，所述第二高速隔离开关与第二功率半导体器件相互串联。
7.如权利要求1至5中任意一项所述的一种使线路双向电流分断的装置的控制方法，定义所述装置中通态电流支路与桥式支路的两个连接点分别为装置的两端，所述装置以该两端串联连接到线路的电流通路；其特征在于:所述通态电流支路中的第一高速隔离开关与双向功率半导体开关闭合，桥式支路中的第二功率半导体器件闭合，分断电流支路中的第一功率半导体器件闭合；所述控制方法包括如下步骤: 一如果接收到通态电流支路的断开信号，则断开通态电流支路的双向功率半导体开关，由此将电流变换到桥式支路和分断电流支路； 一此后，断开通态电流支路的第一高速隔离开关； 一此后，如果接收到分断电流支路的断开信号，则断开分断电流支路中的第一功率半导体器件，由此将电流变换到所述非线性电阻。
8.如权利要求6所述的一种使线路双向电流分断的装置的控制方法，定义所述装置中通态电流支路与桥式支路的两个连接点分别为装置的两端，所述装置以该两端串联连接到线路的电流通路；其特征在于:所述通态电流支路中的第一高速隔离开关与双向功率半导体开关闭合，桥式支路中的第二功率半导体器件与第二高速隔离开关闭合，分断电流支路中的第一功率半导体器件闭合；所述控制方法包括如下步骤: 一如果接收到通态电流支路的断开信号，则断开通态电流支路的双向功率半导体开关，由此将电流变换到桥式支路和分断电流支路； 一此后，断开通态电流支路的第一高速隔离开关；确定与电流输入端所连接的桥臂上与该电流输入端直接或间接连接的阴极的第二功率半导体器件，断开该第二功率半导体器件所在换向支路的第二高速隔离开关；确定与电流输出端所连接的桥臂上与该电流输出端直接或间接连接的阳极 的第二功率半导体器件，断开该第二功率半导体器件所在换向支路的第~闻速隔尚开关； 一此后，如果接收到分断电流支路的断开信号，则断开分断电流支路中的第一功率半导体器件，由此将电流变换到所述非线性电阻； 一将桥式支路中尚处于闭合状态的第二高速隔离开关断开，完成整个分断过程。
【文档编号】H02H3/087GK103972855SQ201310037475
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月31日 优先权日:2013年1月31日
【发明者】曹冬明, 方太勋, 王宇, 杨浩, 杨兵, 石巍, 吕玮 申请人:南京南瑞继保电气有限公司, 南京南瑞继保工程技术有限公司