一种电流转移式直流断路器及控制方法与流程

本发明属于直流断路器，特别是一种电流转移式直流断路器及控制方法。

背景技术：

1、结合高速机械开关低通态损耗和功率电力电子器件大电流关断能力的快速直流断路器是目前中高压直流系统的关键设备。混合式直流开断技术中能够实现大电流快速可靠开断是快速直流断路器可靠开断电流的核心之一，也是目前混合式直流开断技术的研究热点之一。相比于传统混合式直流开断技术，快速上升的故障电流对电力电子组件的串并联数量提出了要求，从而带来了成本高的问题，阻碍了中高压直流系统的推广应用。

2、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、为了解决上述技术问题，本发明提供了电流转移式直流断路器及控制方法，在快速转移的基础上，能够实现故障电流的限制，降低了对电力电子组件开断能力的要求，减少了电力电子器件的使用数量，有效节约了成本，整体结构更加简单高效。

2、本发明采用如下技术方案：

3、电流转移式直流断路器包括主通流支路、电容辅助换流模块、电力电子关断模块和耗能模块，其中，主通流支路由高速机械开关hss以及多级串联的绝缘栅双极型晶体管igbt组成，所述电容辅助换流模块包括电感l、电容c、二极管d、晶闸管t1和晶闸管t2，所述晶闸管t1与晶闸管t2反向并联构成晶闸管回路，所述电感l与晶闸管回路之间具有连接高速机械开关hss远离绝缘栅双极型晶体管igbt一端的第一端点，所述晶闸管回路与所述电容c之间具有第二端点，二极管d的阳极连接于高速机械开关hss与多级串联的绝缘栅双极型晶体管igbt之间，阴极连接第二端点，电力电子关断模块一端连接所述电感远离第一端点的一端，另一端连接电容c远离第二端点的一端，电力电子关断模块由多级串联的集成门极换流晶闸管igct构成，耗能模块包括并联于多级串联的绝缘栅双极型晶体管igbt两端的耗能电阻mov1和并联在电容c两端的耗能电阻mov2。

4、所述的电流转移式直流断路器中，故障电流为电容c提供充电电压。

5、所述的电流转移式直流断路器中，所述电容c包括薄膜电容、有机介质电容、无机介质电容、电解电容、电热电容和空气介质电容中的任意一个或者多个的组合。

6、所述的电流转移式直流断路器中，所述电感l包括绕线电感、多层片状电感和薄膜电感中的任意一个或者多个的组合。

7、所述的电流转移式直流断路器中，耗能电阻mov1和耗能电阻mov2均为金属氧化物压敏电阻。

8、所述的电流转移式直流断路器中，二极管d为不可控的单向导通功率半导体器件或其组合。

9、所述的电流转移式直流断路器中，二极管d包括电力二极管、肖特基二极管中的任意一个或者任意多个的组合。

10、电流转移式直流断路器的控制方法包括以下步骤，

11、步骤1：故障电流出现以前，高速机械开关hss承载额定电流，发生短路故障时，主通流支路的主电流上升，绝缘栅双极型晶体管igbt关断，故障电流开始向电容c中转移；

12、步骤2：电容c充电到耗能电阻mov1动作电压时，开通集成门极换流晶闸管igct，关闭高速机械开关hss，主电流在电容c的电压下迅速向集成门极换流晶闸管igct转移；

13、步骤3：转移结束后，故障电流完全由集成门极换流晶闸管igct承担，此时同时开通晶闸管t1和晶闸管t2，电容c向集成门极换流晶闸管igct放电，集成门极换流晶闸管igct承受浪涌电流；

14、步骤4：经过半个放电周期，电流再次反向注入集成门极换流晶闸管igct集成门极换流晶闸管igct的故障电流降为零，实现零电流开断；

15、步骤5：耗能模块启动，吸收全部短路故障能量，开断完成。

16、和现有技术相比，本发明具有以下优点：

17、电流转移式直流断路器断路器不仅可以实现故障电流的关断，同时利用双mov结构限制了电力电子器件两端的电压，使电力电子器件容量选型小型化，实现断口电流的快速转移，有效节约了成本，整体结构更加简洁高效。

技术特征：

1.一种电流转移式直流断路器，其特征在于，其包括：

2.根据权利要求1所述的电流转移式直流断路器，其特征在于，优选的，故障电流为电容c提供充电电压。

3.根据权利要求1所述的电流转移式直流断路器，其特征在于，所述电容c包括薄膜电容、有机介质电容、无机介质电容、电解电容、电热电容和空气介质电容中的任意一个或者多个的组合。

4.根据权利要求1所述的电流转移式直流断路器，其特征在于，所述电感l包括绕线电感、多层片状电感和薄膜电感中的任意一个或者多个的组合。

5.根据权利要求1所述的电流转移式直流断路器，其特征在于，耗能电阻mov1和耗能电阻mov2均为金属氧化物压敏电阻。

6.根据权利要求1所述的电流转移式直流断路器，其特征在于，二极管d为不可控的单向导通功率半导体器件或其组合。

7.根据权利要求1所述的电流转移式直流断路器，其特征在于，二极管d包括电力二极管、肖特基二极管中的任意一个或者任意多个的组合。

8.权利要求1-7中任一项所述的电流转移式直流断路器的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤，

技术总结
一种电流转移式直流断路器及控制方法，电流转移式直流断路器包括主通流支路、电容辅助换流模块、电力电子关断模块和耗能模块，其中，主通流支路由高速机械开关HSS以及多级串联的绝缘栅双极型晶体管IGBT组成，所述电容辅助换流模块包括电感L、电容C、二极管D、晶闸管T1和晶闸管T2，电力电子关断模块一端连接所述电感远离第一端点的一端，另一端连接电容C远离第二端点的一端，电力电子关断模块由多级串联的集成门极换流晶闸管IGCT构成，耗能模块包括并联于多级串联的绝缘栅双极型晶体管IGBT两端的耗能电阻MOVl和并联在电容C两端的耗能电阻MOV2。

技术研发人员：赵晓民,吴翊,钟建英,吴益飞,胡杨,刘爱强
受保护的技术使用者：平高集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29