混合式直流断路器的拓扑结构制造技术

本实用新型专利技术涉及混合式直流断路器的拓扑结构，属开关电器技术领域，包括依次串联连接的交流系统1、AC/DC转换器、机械开关支路、限流电路、DC/AC转换器，交流系统2，还包括并联在机械开关支路两端的IGBT支路，其特征在于，所述机械开关支路包括机械开关S和与机械开关串联的电感L1，电感L1两端并联晶闸管DL1、DL2，限流电路由限流电感L2并联晶闸管DL3、DL4组成，所述IGBT支路由若干IGBT阀串联而成，每个IGBT阀的两端并联一组均压电路，IGBT阀组的干路上设有均流电路。在机械开关支路中串联电感L1保证了机械开关在低断口电压，略高于正常工作电流的情况下分闽，极大降低了对机械开关的要求，同时加速机械开关支路电流向围态开关支路转移，缩短了换流时间，增加了换流可靠性。

Topological structure of Hybrid DC circuit breaker

The topological structure of the utility model relates to a Hybrid DC circuit breaker, which belongs to the technical field of electric switch, including successively connected AC system 1, AC/DC converter, mechanical switch circuit, current limiting circuit, DC/AC converter, AC system 2, also includes a mechanical switch in parallel with the IGBT branch road ends, which is characterized by the mechanical switch comprises a mechanical switch S and L1 series mechanical switch inductance, inductance L1 ends parallel thyristor DL1 and DL2, a current limiting circuit by limiting inductance L2 parallel thyristor DL3 and DL4, the IGBT branch is composed of several IGBT valve series, each valve is connected in parallel with a IGBT group pressure circuit, IGBT valve group is arranged on the road flow equalizing circuit. In the mechanical switch in series inductor L1 ensure the mechanical switch in low voltage, slightly higher than the normal operating current situation into Fujian, greatly reduces the mechanical switch, while accelerating the mechanical switch branch current transfer to the surrounding state switch branch, shortening the commutation time and increase the reliability of commutation.

【技术实现步骤摘要】
混合式直流断路器的拓扑结构
本技术属于开关
，具体地说，是混合式直流断路器的拓扑结构。
技术介绍
现有的直流断路器中主要采用的是自然换流型限流式拓扑结构，将传统的混合直流断路器中传入限流回路抑制故障电流上升速率，并在固态开关支路部分采用IGBT阀组与晶闸管阀串联的复合结构来切除断路故障，形成主拓扑。与传统结构相比较，所提出的断路器在固态开关支路采用IGBT与晶闸管相串联的结构，一方面利用IGBT作为全控型器件控制精确、关断速度快等特点，实现了固态开关支路控制的录活性，并且保证了固态开关的关断速度；另一方面利用晶闸管(SCR)适用于大功率领域、耐压耐流水平高于IGBT，制作工艺简单、价格低，控制线路成熟，串入固态开关支路中节省成本。但是，这种拓扑结构存在一定缺陷：(1)由于园态开关支路采用不同类型电力电子器件，晶闸管的导通(速度小于IGBT阀组)使得固态开关支路的导通速度相对降低，在一定程度上制约了断路器速动性。(2)晶闸管属于脉冲电流驱动器件，IGBT属于电压型口极驱动器件，两种类型的驱动电媛无法保化驱动一致性，增加了驱动复杂程度；两种器件阀组动作速度不一致，不在同一数量缀，需要缓冲巧收回路进行保护，对缓冲电容容值有很高要求，在高压情况下增加了设备体巧，提高了成本，难以实现。(3)化类断路器跟传统自然换流型断路器一样，依靠机械开关分间产生的电弧电压来为固态开关支路提供正向导通压降，机械开关需要具备灭弧能为，使设备质量增加，动作速度降低，使用寿命减少；机械开关分闸时将会在远高于线路正常工作电流的情况下进行，不仅延长了短路故障切除时间，同时降低了换流过程的可靠性，对于机械开关的选择更加严苛。现有的直流断路器中只是将IGBT器件进行简单的串并联，由于器件自身参数(极间电容、杂散电感等)和驱动电路参数(吸收电容、栅极电阻、驱动信号延时等)的不一致，将导致牵联分压和并联均流不均，造成部分器件过压损坏或者过流损坏，因而必须采用合适的均压均流电路以保障固态开关不受损坏。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供混合式直流断路器的拓扑结构。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：本技术涉及混合式直流断路器的拓扑结构，包括依次串联连接的交流系统1、AC/DC转换器、机械开关支路、限流电路、DC/AC转换器，交流系统2，还包括并联在机械开关支路两端的IGBT支路，其特征在于，所述机械开关支路包括机械开关S和与机械开关串联的电感L1，电感L1两端并联晶闸管DL1、DL2，限流电路由限流电感L2并联晶闸管DL3、DL4组成，所述IGBT支路由若干IGBT阀串联而成，每个IGBT阀的两端并联一组均压电路，IGBT阀组的干路上设有均流电路。作为本技术的进一步方案，所述电感L1的内电阻R1远小于限流电感L2的内电阻R2。作为本技术的进一步方案，所述机械开关采用高速斥力开关。作为本技术的进一步方案，所述高速斥力开关为永磁系统和电磁斥力耦合的开关结构。作为本技术的进一步方案，所述高速斥力开关包括永磁操动机构、电磁斥力机构、触头弹簧、真空灭弧室触头、绝缘拉杆、分闸弹簧、缓冲器，真空灭弧室触头通过触头弹簧连接到绝缘拉杆的一端，绝缘拉杆的另一端与驱动杆相连，驱动杆穿过电磁斥力机构中的金属盘，与永磁操动机构中的动铁芯相连，动铁芯和永磁体安装在静铁芯的内部，驱动杆的底部设有缓冲器，驱动杆上安装有分闸弹簧。作为本技术的进一步方案，所述均压电路包括静态均压电阻Rs、均压电容Cs、限流电阻RB，静态均压电阻Rs并联二极管与均压电容Cs的串联电路，二极管的两端并联限流电路RB。作为本技术的进一步方案，所述均流电路采用耦合变压器进行电流耦合，两条支路的IGBT阀组的输出端分别接入耦合变压器的异名端。与现有技术相比，本技术的积极效果是：1.本技术设计的拓扑结构中，机械开关采用高速斥为开关导通正常电流，降低通态损耗，缩短断路器开断时间；小电感L1远小于限流电感L2，仅在短路故障发生瞬时提供固态开关的导通电压，保证固态开关无延时导通，使短路电流快速换流至IGBT支路，确保机械开关在低断口电压下分闸：晶闸管DL1、DL2在换流过程中用以快速释放储存的能量，避免其在换流过程中产生阻碍换流的反向电压，同时遏制了机械开关分闸所承受的由压(固态开关导通压降加上小电感反向电压)；均压、均流电路用于均衡各个IGBT器件上承受的电压和电流；限流电感L2在正常合间过程中抑制电流上升，起到缓冲作用，在线路正常运行时抑制直流纹波，在短路故障时限制短路电流上升；晶闸管DL3、DL4用以释放切断故障后电感L2储存的能量。限压阀并联在固态开关两端，能够吸收切断直流电路时的操作过电压及正常运行过程中的雷击过电压)，保护开关器件，提高安全性。附图说明图1是自然换流型限流式直流断路器主拓扑结构图；图2是本技术所述的混合式直流断路器的拓扑结构图；图3是故障开断过程图1拓扑结构中的机械开关支路与图2拓扑结构中的机械开关支路电流对比波形图；图4是所述高速斥力开关的结构示意图；图5是所述均压电路、均流电路的拓扑结构图；图6是所述耦合变压器绕线结构示意图。附图4中的标记分别是：1.真空灭弧室触头；2.绝缘拉杆；3.触头弹簧；4.斥力系统线圈；5.斥力系统金属盘；6.永磁体；7.永磁系统线圈；8.动铁芯；9.静铁芯；10.分闸弹簧；11.缓冲器。具体实施方式为了使本技术实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本技术。混合式直流断路器的拓扑结构，包括依次串联连接的交流系统1、AC/DC转换器、机械开关支路、限流电路、DC/AC转换器，交流系统2，还包括并联在机械开关支路两端的IGBT支路，其特征在于，所述机械开关支路包括机械开关S和与机械开关串联的电感L1，电感L1两端并联晶闸管DL1、DL2，限流电路由限流电感L2并联晶闸管DL3、DL4组成，所述IGBT支路由若干IGBT阀串联而成，每个IGBT阀的两端并联一组均压电路，IGBT阀组的干路上设有均流电路。根据直流输(配)电网络运行需要，直流潮流可分为正反2个方向：当潮流正向时，晶闸管DL1和DL3导通，DL2和DL4关断，潮流反向时，晶闸管DL1和DL3关断，DL2和DL4导通。如图3所示，t1时刻发生短路故障，t2时刻系统检测到故障并给开关发送导通信号，t3时刻机械开关开始分闸动作，in为线路正常工作电流。在图1的拓扑结构中，机械开关支路不带电感L1，t2时刻由于固态开关未导通，电流将持续上升到i2，t3时刻机械开关开始分闸动作，直到t5时刻机械开关建立足够燃弧电阻后换流，才逐渐下降至0；而在图2的拓扑结构中，机械开关支路中带有电感L1，忽略IGBT的动作时间，电感L1上产生的正向电压使凸台开关瞬时导通，一部分短路电通过IGBT支路，Vce＝Vq+L1(di/dt)，其中Vce为IGBT支路的通泰压降，Vq为机械开关两端电压，此时机械开关还未动作，Vq为0,机械开关支路电流在电感L1作用下略微上升。t3时刻机械开关一开始分闸动作，使Vce＝Vq(即机械开关微弧拉开)，根据L1(di/dt)＝0，机械开关电流不再上升，保本文档来自技高网...

【技术保护点】
混合式直流断路器的拓扑结构，包括依次串联连接的交流系统1、AC/DC转换器、机械开关支路、限流电路、DC/AC转换器，交流系统2，还包括并联在机械开关支路两端的IGBT支路，其特征在于，所述机械开关支路包括机械开关S和与机械开关串联的电感L1，电感L1两端并联晶闸管DL1、DL2，限流电路由限流电感L2并联晶闸管DL3、DL4组成，所述IGBT支路由若干IGBT阀串联而成，每个IGBT阀的两端并联一组均压电路，IGBT阀组的干路上设有均流电路。

【技术特征摘要】
1.混合式直流断路器的拓扑结构，包括依次串联连接的交流系统1、AC/DC转换器、机械开关支路、限流电路、DC/AC转换器，交流系统2，还包括并联在机械开关支路两端的IGBT支路，其特征在于，所述机械开关支路包括机械开关S和与机械开关串联的电感L1，电感L1两端并联晶闸管DL1、DL2，限流电路由限流电感L2并联晶闸管DL3、DL4组成，所述IGBT支路由若干IGBT阀串联而成，每个IGBT阀的两端并联一组均压电路，IGBT阀组的干路上设有均流电路。2.根据权利要求1所述的混合式直流断路器的拓扑结构，其特征在于，所述电感L1的内电阻R1远小于限流电感L2的内电阻R2。3.根据权利要求1所述的混合式直流断路器的拓扑结构，其特征在于，所述机械开关采用高速斥力开关。4.根据权利要求3所述的混合式直流断路器的拓扑结构，其特征在于，所述高速斥力开关为永磁系统和电磁斥力耦合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王善磊，
申请(专利权)人：天津市斯沃电器有限公司，
类型：新型
国别省市：天津,12