一种交直流混合型的断路器及控制方法技术

本发明专利技术涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种交直流混合型的断路器，包括：高速机械开关，与主回路连接，用于对主回路进行高速分断；第一二极管，第二二极管，第三二极管和第四二极管；依次串联的一第一晶闸管，一电感以及一电容；第一晶闸管用于控制电容的充放电；电容背离电感的一端为高电压，以经过高速机械开关放电并反向充电；能量吸收支路，用于在接收到的电压高于一设定值时从一第一状态转换为一第二状态以将主回路中的电流降至一安全电流值；以及上述断路器的控制方法；能够减小系统导通损耗，降低固态型断路器热设计难度，大大降低可控器件误触的可能性，提高系统可靠性，降低系统成本，加快断路器动作速度。

【技术实现步骤摘要】
一种交直流混合型的断路器及控制方法
本专利技术涉及电力电子
，尤其涉及一种交直流混合型的断路器及控制方法。
技术介绍
在直流输配电系统中，当发生短路工况时，由于不存在自然过零点，其短路电流的开断相较于交流系统更加困难，如果仅利用机械开关直接拉弧分断短路电流，一方面，分断时间较长，而短路电流上升速率很快，当分断完成时短路电流已经很大，会对系统中的其他设备造成破坏；另一方面，机械开关分断过程中持续燃弧，对触头损伤大，降低机械寿命。在分布式微网系统中，当电网侧发生故障，微网系统要能够实现并离网的快速无缝切换，传统的机械开关的分闸时间通常在10ms以上，并不能满足无缝切换需求。在一些含有对电能质量敏感的关键负荷的场合中，当原有供电系统发生短路故障时，要求负荷能够从中快速脱离，并切换到备用供电系统，为了保证电能质量能够满足要求，整个切换过程的时间要求在5～10ms以内，而仅靠传统的机械开关无法满足双电源快速切换的需求。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种交直流混合型的断路器，与一主回路连接；包括：高速机械开关，与所述主回路连接，用于于所述主回路短路或更换供电设备时对所述主回路进行高速分断；一第一二极管和一第二二极管，所述第一二极管和所述第二二极管反接形成一第一节点，所述第一二极管和所述第二二极管背离所述第一节点的两端并接至所述高速机械开关上；一第三二极管和一第四二极管，所述第三二极管和所述第四二极管对接形成一第二节点，所述第三二极管和所述第四二极管背离所述第二节点的两端并接至所述高速机械开关上；依次串联的一第一晶闸管，一电感以及一电容；所述第一晶闸管的导通方向朝向所述电感和所述电容，用于控制所述电容的充放电；所述第一晶闸管背离所述电感的一端与所述第二节点连接，所述电容背离所述电感的一端为高电压且与所述第一节点连接以经过所述高速机械开关在所述第一二极管或者所述第二二极管所在的回路中放电并反向充电；能量吸收支路，与所述高速机械开关并联，用于在接收到的电压高于一设定值时从一第一状态转换为一第二状态以将所述主回路中的电流降至一安全电流值。上述的断路器，其中，还包括：一第二晶闸管和一第三晶闸管，所述第二晶闸管和所述第三晶闸管对接形成一第三节点，所述第二晶闸管和所述第三晶闸管背离所述第三节点的两端并接至所述高速机械开关上，用于在所述高速机械开关断开后对所述主回路进行双向快速合闸。上述的断路器，其中，所述能量吸收支路包括一避雷器。上述的断路器，其中，所述能量吸收支路包括具有正温度系数的超导材料。上述的断路器，其中，还包括：控制模块，分别与所述第一晶闸管和所述高速机械开关的控制端连接，用于分别控制所述第一晶闸管和所述高速机械开关的通断。上述的断路器，其中，还包括：检测模块，与所述控制模块连接，用于检测所述主回路中的电流并输出至所述控制模块内；所述控制模块根据所述主回路中的电流分别控制所述第一晶闸管和所述高速机械开关的通断。一种交直流混合型的断路器的控制方法，应用于如上任意一项所述的断路器；包括：步骤S1，于所述主回路短路或更换供电设备时采用所述高速机械开关对所述主回路进行高速分断；步骤S2，于所述高速机械开关动作的过程中将所述第一晶闸管导通使得所述电容经过所述高速机械开关随所述第一二极管或者所述第二二极管导通的方向进行放电并反向充电；步骤S3，保持所述电容的反相充电，直至所述能量吸收支路接收到的电压高于所述设定值时，将所述能量吸收支路从所述第一状态转换为所述第二状态以将所述主回路中的电流降至所述安全电流值。上述的控制方法，其中，还包括：步骤S4，所述能量吸收支路持续吸收所述主回路中的电流直至所述主回路中的电流降至0安培。有益效果：本专利技术提出的一种交直流混合型的断路器能够在系统正常运行时尽量避免固态器件处于导通状态，减小系统导通损耗，降低固态型断路器热设计难度；通过减少可控性器件的使用数量，大大降低可控器件误触的可能性，提高系统可靠性；能够提高系统可靠性，降低系统成本，加快断路器动作速度。附图说明图1为本专利技术一实施例中交直流混合型的断路器的电路原理图；图2为本专利技术一实施例中交直流混合型的断路器的控制时序图；图3为本专利技术一实施例中交直流混合型的断路器的控制方法的的步骤流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行进一步说明。在一个较佳的实施例中，如图1所示，提出了一种交直流混合型的断路器，与一主回路(可以是接在图1中的A，B的端口处，主回路的电流方向可以是从A到B，也可以是从B到A)连接；可以包括：高速机械开关S，与主回路连接，用于于主回路短路或更换供电设备时对主回路进行高速分断；一第一二极管D1和一第二二极管D2，第一二极管D1和第二二极管D2反接形成一第一节点，第一二极管D1和第二二极管D2背离第一节点的两端并接至高速机械开关S上；一第三二极管D3和一第四二极管D4，第三二极管D3和第四二极管D4对接形成一第二节点，第三二极管D3和第四二极管D4背离第二节点的两端并接至高速机械开关S上；依次串联的一第一晶闸管T，一电感L以及一电容C；第一晶闸管T的导通方向朝向电感L和电容C，用于控制电容C的充放电；第一晶闸管T背离电感L的一端与第二节点连接，电容C背离电感L的一端为高电压且与第一节点连接以经过高速机械开关S在第一二极管D1或者第二二极管D2所在的回路中放电并反向充电；能量吸收支路MOV，与高速机械开关S并联，用于在接收到的电压高于一设定值时从一第一状态转换为一第二状态以将主回路中的电流降至一安全电流值。其中，设定值可以根据主回路的实际情况进行设定；第一状态可以是能量吸收支路MOV的阻抗较低的状态，这种情况下第二状态为能量吸收支路MOV的阻抗较高的状态；安全电流值可以是降低的电流值，例如只有几十毫安或几毫安的电流。在一个较佳的实施例中，如图1所示，还可以包括：一第二晶闸管T2和一第三晶闸管T3，第二晶闸管T2和第三晶闸管T3对接形成一第三节点，第二晶闸管T2和第三晶闸管T3背离第三节点的两端并接至高速机械开关S上，用于在高速机械开关S断开后对主回路进行双向快速合闸。在一个较佳的实施例中，能量吸收支路MOV包括一避雷器。在一个较佳的实施例中，能量吸收支路包括具有正温度系数的超导材料。在一个较佳的实施例中，还可以包括：控制模块(附图中未显示)，分别与第一晶闸管T和高速机械开关S的控制端连接，用于分别控制第一晶闸管T和高速机械开关S的通断。上述实施例中，优选地，还可以包括：检测模块(附图中未显示)，与控制模块连接，用于检测主回路中的电流并输出至控制模块内；控制模块根据主回路中的电流分别控制第一晶闸管T和高速机械开关S的通断。具体地，结合图2可见：(1)当系统正常运行时，固态换流支路中的晶闸管处于关断状态，系统电流只流经高速机械开关S；在系统正常运行期间，固态换流支路中的电容C通过充电回路充电至设定值。(2)当系统发生短路故障时，分析其工作过程和控制方法：a)短路检测阶段td，智能控制单元进行短路检测判断，假设短路电流方向从A到B。当主回路电流超过预设动作值Iset且上升率在设定范围之内一段时间td后，短路检测单元判断短路发生，触发短路保护模式，同时向高速机械开关S下发分闸动作指令信号。b)机械延时阶段tm，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交直流混合型的断路器，与一主回路连接；其特征在于，包括：高速机械开关，与所述主回路连接，用于于所述主回路短路或更换供电设备时对所述主回路进行高速分断；一第一二极管和一第二二极管，所述第一二极管和所述第二二极管反接形成一第一节点，所述第一二极管和所述第二二极管背离所述第一节点的两端并接至所述高速机械开关上；一第三二极管和一第四二极管，所述第三二极管和所述第四二极管对接形成一第二节点，所述第三二极管和所述第四二极管背离所述第二节点的两端并接至所述高速机械开关上；依次串联的一第一晶闸管，一电感以及一电容；所述第一晶闸管的导通方向朝向所述电感和所述电容，用于控制所述电容的充放电；所述第一晶闸管背离所述电感的一端与所述第二节点连接，所述电容背离所述电感的一端为高电压且与所述第一节点连接以经过所述高速机械开关在所述第一二极管或者所述第二二极管所在的回路中放电并反向充电；能量吸收支路，与所述高速机械开关并联，用于在接收到的电压高于一设定值时从一第一状态转换为一第二状态以将所述主回路中的电流降至一安全电流值。

【技术特征摘要】
1.一种交直流混合型的断路器，与一主回路连接；其特征在于，包括：高速机械开关，与所述主回路连接，用于于所述主回路短路或更换供电设备时对所述主回路进行高速分断；一第一二极管和一第二二极管，所述第一二极管和所述第二二极管反接形成一第一节点，所述第一二极管和所述第二二极管背离所述第一节点的两端并接至所述高速机械开关上；一第三二极管和一第四二极管，所述第三二极管和所述第四二极管对接形成一第二节点，所述第三二极管和所述第四二极管背离所述第二节点的两端并接至所述高速机械开关上；依次串联的一第一晶闸管，一电感以及一电容；所述第一晶闸管的导通方向朝向所述电感和所述电容，用于控制所述电容的充放电；所述第一晶闸管背离所述电感的一端与所述第二节点连接，所述电容背离所述电感的一端为高电压且与所述第一节点连接以经过所述高速机械开关在所述第一二极管或者所述第二二极管所在的回路中放电并反向充电；能量吸收支路，与所述高速机械开关并联，用于在接收到的电压高于一设定值时从一第一状态转换为一第二状态以将所述主回路中的电流降至一安全电流值。2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，还包括：一第二晶闸管和一第三晶闸管，所述第二晶闸管和所述第三晶闸管对接形成一第三节点，所述第二晶闸管和所述第三晶闸管背离所述第三节点的两端并接至所述高速机械开关上，用于在所述高速机械开关断开后对所述主回路进行双向快速合闸。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云，叶辰之，李霄，李福生，杨建波，曹碧颖，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31