一种自适应限流直流开关及方法与流程

本发明涉及自适应限流直流开关，特别是一种自适应限流直流开关及方法。

背景技术：

1、随着直流配电系统、船舶直流系统和城轨直流系统等的快速发展，对直流系统稳定安全的运行有越来越高的要求。短路故障是直流输电系统中发生概率最高、危害最严重的故障。如果高压直流系统发生短路故障，需要及时进行切断，防止快速增加的短路电流产生非常严重的事故。这对于具有故障隔离和切断功能的直流断路器有很高的要求。

2、直流断路器可以分为传统的机械式直流断路器、以电力电子器件开断为基础的固态直流断路器以及结合了机械式断路器低通流损耗和固态断路器快速关断的优点的混合式直流断路器。以灭弧技术为基础的传统机械式断路器具有通流损耗低的优势，但其关断速度相较于固态式直流断路器而言很慢，固态式直流断路器具有无飞弧和快速关断的优势，但由于材料和工艺的限制，相较于混合式断路器而言有更高的通态损耗。

3、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本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种自适应限流直流开关及方法，自适应限流直流开关提升了传统混合式断路器关断电流能力有限的问题，具有机械断路器通态损耗低的优点和固态断路器的寿命高等的优点。

2、具体的，本发明采用如下技术方案：

3、自适应限流直流开关包括，

4、第一接入端，其配置成自适应限流直流开关的进线；

5、第二接入端，其配置成自适应限流直流开关的出线；

6、第一快速起弧开关、限流器、第二快速起弧开关和第三快速起弧开关依次串联且连接于第一接入端与第二接入端之间；

7、第一熔断器，其一端连接在限流器和第二快速起弧开关之间；

8、固态开关，其一端连接于第一接入端与第一快速起弧开关之间，另一端连接于第一熔断器的另一端，所述固态开关包括，

9、转移支路，其包括反向串联的两个二极管以及并联所述两个二极管的两个反向串联的功率半导体器件，两个二极管之间导线连接于两个反向串联的功率半导体器件之间；

10、缓冲支路,其并联所述转移支路，所述缓冲支路包括串联的第一电容和第一电阻；

11、耗能支路，其并联所述转移支路，耗能支路包括mov器件；

12、第二熔断器，其一端连接在第二快速起弧开关和第三快速起弧开关之间；

13、能量转移与耗能支路，其包括，

14、第一部分，其包括串联的第二电容和第一电感以及并联所述第二电容与第一电感的第二电阻，所述第二电容和第二电阻的第一连接点位于第一熔断器和固态开关之间，所述第一电感和第二电阻的第二连接点连接第二熔断器的另一端；

15、第二部分，其包括串联的第三电容和第二电感以及并联所述第三电容与第二电感的第三电阻，所述第三电容和第三电阻的第三连接点连接第二连接点，所述第二电感和第三电阻的第四连接点连接第三快速起弧开关与第二接入端之间；

16、mov支路，其一端连接在所述第一接入端和第一快速起弧开关之间，另一端连接在所述第三快速起弧开关和第二接入端之间，mov支路包括mov器件。

17、所述的自适应限流直流开关中，两个二极管阳极相连，两个反向串联的功率半导体器件的负极相连，二极管的阳极连接功率半导体器件的负极。

18、所述的自适应限流直流开关中，功率半导体器件为单向导通的功率半导体器件。

19、所述的自适应限流直流开关中，系统正常通流状态下，自适应限流直流开关电流通流时，第一快速起弧开关、第二快速起弧开关和第三快速起弧开关闭合，电流流过第一快速起弧开关、第二快速起弧开关和第三快速起弧开关，发生短路故障时，第一快速起弧开关打开产生电弧，故障电流通过电弧电压快速转移至固态开关的转移支路，转移支路关断电流，电流转移至耗能支路，缓冲支路在电力电子器件关断过程降低电压上升率，当短路故障电流超过规定值时，第一熔断器熔断，第二快速起弧开关打开，故障电流通过电弧电压转移至能量转移与耗散支路，当短路故障电流过大时，第二熔断器熔断，第三快速起弧开关打开，故障电流通过电弧电压转移至能量转移与耗散支路。

20、所述的自适应限流直流开关中，第一快速起弧开关、第二快速起弧开关和第三快速起弧开关为空气介质机械开关。

21、所述的自适应限流直流开关中，空气介质机械开关包括触头、电磁斥力机构和电容驱动电路。

22、所述的自适应限流直流开关中，所述耗能支路、mov支路和能量转移与耗能支路均包括金属氧化物避雷器或可卸式避雷器。

23、所述的自适应限流直流开关中，所述金属氧化物避雷器包括线路型金属氧化物避雷器、无间隙线路型金属氧化物避雷器和全绝缘复合外套金属氧化物避雷器。

24、所述的自适应限流直流开关中，所述能量转移与耗能支路包括预充电式lc式转移支路、无预充电式lc式转移支路、桥式lc转移支路或磁耦合式转移支路。

25、所述自适应限流直流开关的开断方法包括以下步骤，

26、自适应限流直流开关电流通流，电流通过所述第一快速起弧开关、限流器、第二快速起弧开关和第三快速起弧开关；

27、自适应限流直流开关发生短路故障时，发送分断指令到第一快速起弧开关，第一快速起弧开关打开一定距离后，固态开关导通，电流转移至转移支路，故障电流全部转移至转移支路，第一快速起弧开关完成打开；

28、固态开关关断电流全部转移至耗能支路，最终电流下降至零以实现直流分断，缓冲支路在电力电子器件关断过程降低电压上升率；

29、短路故障电流超过第一设定值，第一熔断器熔断，发送分断指令到第二快速起弧开关，第二快速起弧开关打开一定距离后，电流转移至能量转移与耗能支路，最终电流下降至零以实现直流分断；

30、短路故障电流过大超过第二设定值，第一熔断器熔断的基础上第二熔断器熔断，发送分断指令到第三快速起弧开关，第三快速起弧开关打开一定距离后，电流转移至能量转移与耗能支路，最终电流下降至零以实现直流分断。

31、本自适应限流直流开关断路器在正常通流时快速起弧开关闭合，电流流过快速起弧开关和限流器。断路器发生短路故障时，第一快速起弧开关打开，产生电弧，故障电流通过电弧电压快速转移至固态开关的转移支路，转移支路上的电力电子器件关断电流，电流转移至耗能支路。当断路器短路故障电流超过规定值时，第一熔断器熔断，第二快速起弧开关打开，故障电流通过电弧电压转移至能量转移与耗散支路。当断路器短路故障电流过大时，第二熔断器熔断，第三快速起弧开关打开，故障电流通过电弧电压转移至能量转移与耗散支路。

技术特征：

1.一种自适应限流直流开关，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的自适应限流直流开关，其特征在于：优选的，两个二极管阳极相连，两个反向串联的功率半导体器件的负极相连，二极管的阳极连接功率半导体器件的负极。

3.根据权利要求1所述的自适应限流直流开关，其特征在于：功率半导体器件为单向导通的功率半导体器件。

4.根据权利要求1所述的自适应限流直流开关，其特征在于：系统正常通流状态下，自适应限流直流开关电流通流时，第一快速起弧开关、第二快速起弧开关和第三快速起弧开关闭合，电流流过第一快速起弧开关、第二快速起弧开关和第三快速起弧开关，发生短路故障时，第一快速起弧开关打开产生电弧，故障电流通过电弧电压快速转移至固态开关的转移支路，转移支路关断电流，电流转移至耗能支路，缓冲支路在电力电子器件关断过程降低电压上升率，当短路故障电流超过规定值时，第一熔断器熔断，第二快速起弧开关打开，故障电流通过电弧电压转移至能量转移与耗散支路，当短路故障电流过大时，第二熔断器熔断，第三快速起弧开关打开，故障电流通过电弧电压转移至能量转移与耗散支路。

5.根据权利要求1所述的自适应限流直流开关，其特征在于：第一快速起弧开关、第二快速起弧开关和第三快速起弧开关为空气介质机械开关。

6.根据权利要求5所述的自适应限流直流开关，其特征在于：空气介质机械开关包括触头、电磁斥力机构和电容驱动电路。

7.根据权利要求1所述的自适应限流直流开关，其特征在于：所述耗能支路、mov支路和能量转移与耗能支路均包括金属氧化物避雷器或可卸式避雷器。

8.根据权利要求7所述的自适应限流直流开关，其特征在于：所述金属氧化物避雷器包括线路型金属氧化物避雷器、无间隙线路型金属氧化物避雷器和全绝缘复合外套金属氧化物避雷器。

9.根据权利要求7所述的自适应限流直流开关，其特征在于：所述能量转移与耗能支路包括预充电式lc式转移支路、无预充电式lc式转移支路、桥式lc转移支路或磁耦合式转移支路。

10.一种权利要求1-9中任一项所述自适应限流直流开关的开断方法，其特征在于，其包括以下步骤，

技术总结
一种自适应限流直流开关及方法，开关中，第一快速起弧开关、限流器、第二快速起弧开关和第三快速起弧开关依次串联；第一熔断器一端连接在限流器和第二快速起弧开关之间；固态开关一端连接于第一接入端与第一快速起弧开关之间，另一端连接于第一熔断器的另一端，第二熔断器一端连接在第二快速起弧开关和第三快速起弧开关之间；第一部分包括串联的第二电容和第一电感以及并联第二电容与第一电感的第二电阻，第二电容和第二电阻的第一连接点位于第一熔断器和固态开关之间，第一电感和第二电阻的第二连接点连接第二熔断器的另一端；MOV支路一端连接在第一接入端和第一快速起弧开关之间，另一端连接在第三快速起弧开关和第二接入端之间。

技术研发人员：王美蓉,张景行,张喜杰
受保护的技术使用者：陕西踔厉智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15