一种桥式固态直流断路器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种桥式固态直流断路器及其控制方法，包括能量吸收支路、四条桥臂和桥路；桥臂二三由全控器件和避雷器并联；桥臂一四由不可控器件和电容器串联；桥路由两条支路反向并联，支路一为正向串联半控器件，支路二由电阻和不可控器件串联；通态电流流过桥臂二三及支路一的半控器件，直流侧故障时全控器件关断，电流向桥臂一四电容充电，流过支路二并在其电阻上形成电压；该电压在支路一上表现为反向电压，使其半控器件关闭；半控器件关断后，电容电压升高至直流系统额定电压，电流被阻断，系统所剩能量由能量吸收支路吸收。本发明专利技术可快速的关断直流电流，且用桥路半控器件承担主要电压，减少了全控器件的使用量，减少了投资和通态的损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种桥式固态直流断路器及其控制方法
本专利技术涉及高压直流输电直流断路器
，具体为一种基于半控器件和全控器件的桥式固态直流断路器及其控制方法。
技术介绍
近几年来柔性直流的发展十分迅速，柔性直流输电保护所需的直流断路器也成为研究的热点。直流断路器需要非常迅速的切断直流电流防止电流增大到换流站的IGBT闭锁。但是由于柔性直流网络的电感很小，故障时候电流增大的很快，直流断路器需要在非常短的时间里面切断很大的直流电流。已经提出的直流断路器的拓扑很多，主要分为3类：机械式，全固态，混合式。1）机械式直流断路器，在传统机械开关的基础上并联LC震荡回路，利用LC震荡创造开断时候机械开关的过零点，使得机械开关开断时候的电弧熄灭。2）全固态直流断路器的主要支路用全控器件串联而成，故障时候关断全控器件。这样的断路器可以快速切断短路电流但是全控器件的导通内阻较大，导致了通态损耗很大。3）混合式直流断路器通态电流支路由机械开关和少量全控器件并联而成，开断支路由全控器件串联而成。故障时候通态电流支路全控器件关断，开断电流支路全控器件打开，电流转移到开断电流支路，电流转移完成之后机械开关开始打开，机械开关打开过程持续2-3ms。机械开关开断之后，开断支路固态开关开断直流电流。该断路器开断过程复杂、开断时间较长、大量使用全控器件导致投资巨大。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于半控器件和全控器件的桥式固态直流断路器及其控制方法，能够快速开断大电流的直流断路器，同时通态损耗较小，显著降低投资成本。技术方案如下：一种基于半控器件和全控器件的桥式固态直流断路器，包括能量吸收支路和与之并联的电桥电路；能量吸收支路由避雷器构成，用于吸收系统关断之后的能量；电桥电路包括四个桥臂和桥臂之间的桥路；第一桥臂和第四桥臂均由电容和不可控器件串联而成，用于缓冲全控器件开断过程；第二桥臂和第三桥臂均由全控器件模块和避雷器并联而成，所述全控器件用于切断电流，并联的避雷器用于限制全控器件两端过电压；桥臂之间的桥路由两条支路反向并联而成；第一支路由半控器件串组成，用于导通全控器件流过的电流；第二支路由不可控器件和小电阻串联而成，提供开断时反向的电流流通通路，同时给半控器件提供反向的关断电压。进一步的，所述全控器件包括一个全控器件或者多个全控器件串并联。一种基于半控器件和全控器件的桥式固态直流断路器的控制方法，包括：正常工作时候:控制电流流过第二桥臂和第三桥臂的全控器件以及桥路第一支路中的半控器件形成的通路；直流系统故障时候:a)关断全控器件和半控器件的开通信号，电流转移向第一桥臂，第四桥臂和中间桥路第二支路形成的通路；b)电流在桥路的第二支路流过，在电阻上面形成电压，从而在与其反并联的第一支路的半控器件上面形成反向电压，促使半控器件关断；c)半控器件和全控器件都关断之后，随着电流对第一桥臂和第四桥臂电容充电，电容电压上升到直流输电系统额定电压，电流被阻断；d)断路器关断之后，直流系统剩余能量由能量吸收支路吸收。本专利技术的有益效果是：本专利技术利用全固态元件切断电流，动作迅速，可以快速切断直流电流；有利用少量全控器件切断电流，用半控器件承担切断之后的高电压，可以大大减少全控器件的使用，既减少了通态损耗，又减少了直流断路器的投资。附图说明图1为本专利技术基于半控器件和全控器件的桥式固态直流断路器的电路原理图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，一种基于半控器件和全控器件的桥式固态直流断路器，包括能量吸收支路和与之并联的电桥电路；能量吸收支路由避雷器构成，用于吸收系统关断之后的能量；电桥电路包括四个桥臂和桥臂之间的桥路。第一桥臂和第四桥臂均由电容和不可控器件串联而成，用于缓冲全控器件开断过程。第二桥臂和第三桥臂均由全控器件模块和避雷器并联而成，所述全控器件用于切断电流，并联的避雷器用于限制全控器件两端过电压，起保护作用。其中所述全控器件包括一个全控器件或者多个全控器件串并联。第二桥臂和第三桥臂上的全控器件切断电流，桥路上的半控器件串承担切断电流之后的绝大部分电压降落，可以大大减少全控器件的使用量。通态电流流过第二桥臂和第三桥臂的少量全控器件以及桥路的半控器件串，通态损耗较小。全控器件模块并联有避雷器，防止全控器件电压过高被损坏。桥臂之间的桥路由两条支路反向并联而成；第一支路由半控器件串组成，用于导通全控器件流过的电流；第二支路由不可控器件和小电阻串联而成，提供开断时反向的电流流通通路，同时给半控器件提供反向的关断电压。本实施例的整个断路器动作没有机械部分，动作迅速，可以迅速开断直流电流。其控制过程如下：正常工作时候:控制电流流过第二桥臂和第三桥臂的全控器件以及桥路第一支路中的半控器件形成的通路；直流系统故障时候：a)关断第二桥臂和第三桥臂的全控器件和半控器件的开通信号，电流转移向第一桥臂，第四桥臂的电容器和中间桥路第二支路形成的通路；并联的避雷器保护全控器件两端的电压不会太大，以至于击穿全控器件。b)桥路的第二支路提供故障切除时候的电流通道，小电阻在电流流通时候形成电压。该电压在与其反并联的第一支路的半控器件上面表现为反向电压，促使第一支路的半控器件关断。桥路的第一支路提供正常运行时候的通态电流，以及在开断完成之后承受主要的电压降落。这样的设计可以大大减少全控器件的使用，既减少了通态的损耗，又减少了直流断路器的投资。c)第二桥臂和第三桥臂的全控器件和桥路第一支路的半控器件都关断之后，随着电流对第一桥臂和第四桥臂电容充电，电容电压上升到直流输电系统额定电压，电流被阻断；d)断路器关断之后，直流系统剩余能量由能量吸收支路吸收。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于半控器件和全控器件的桥式固态直流断路器，其特征在于，包括能量吸收支路和与之并联的电桥电路；能量吸收支路由避雷器构成，用于吸收系统关断之后的能量；电桥电路包括四个桥臂和桥臂之间的桥路；第一桥臂和第四桥臂均由电容和不可控器件串联而成，用于缓冲全控器件开断过程；第二桥臂和第三桥臂均由全控器件模块和避雷器并联而成，所述全控器件用于切断电流，并联的避雷器用于限制全控器件两端过电压；桥臂之间的桥路由两条支路反向并联而成；第一支路由半控器件串组成，用于导通全控器件流过的电流；第二支路由不可控器件和小电阻串联而成，提供开断时反向的电流流通通路，同时给半控器件提供反向的关断电压。

【技术特征摘要】
1.一种基于半控器件和全控器件的桥式固态直流断路器，其特征在于，包括能量吸收支路和与之并联的电桥电路；能量吸收支路由避雷器构成，用于吸收系统关断之后的能量；电桥电路包括四个桥臂和桥臂之间的桥路；第一桥臂和第四桥臂均由电容和不可控器件串联而成，用于缓冲全控器件开断过程；第二桥臂和第三桥臂均由全控器件模块和避雷器并联而成，所述全控器件用于切断电流，并联的避雷器用于限制全控器件两端过电压；桥臂之间的桥路由两条支路反向并联而成；第一支路由半控器件串组成，用于导通全控器件流过的电流；第二支路由不可控器件和小电阻串联而成，提供开断时反向的电流流通通路，同时给半控器件提供反向的关断电压。2.根据权利要求1所述的基于半控器件和全控器件的桥式固态直流断路器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王顺亮，舒稷，刘天琪，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51