断路器、断路系统、电力系统以及操作方法技术方案

本发明专利技术涉及一种断路器、断路系统、电力系统以及操作方法。本公开涉及断路器以及包括断路器的断路系统。本公开公开了一种断路器，该断路器包括：可关断电路，包括能够在第一方向上导通和关断的第一支路和能够在与第一方向相反的第二方向上导通和关断的第二支路，所述第一支路和第二支路包括共同的功率开关器件，并分别包括与所述功率开关器件耦接的整流功率二极管，其中所述可关断电路包括第一端子和第二端子；缓冲电路，与所述可关断电路耦接，用于在所述断路器的关断过程中缓冲电能量。

Circuit breakers, circuit breakers, power systems and operation methods

The invention relates to a circuit breaker, a circuit breaker system, an electric power system and an operation method. The present disclosure relates to a circuit breaker and an open circuit system including a circuit breaker. Disclosed herein is a circuit breaker comprising a switchable circuit including a first branch that can be turned on and off in the first direction and a second branch that can be turned on and off in the second direction opposite to the first direction. The first branch and the second branch comprise a common power switching device and each of them comprises a common power switching device. The utility model comprises a rectifier power diode coupled with the power switching device, wherein the switchable circuit comprises a first terminal and a second terminal, and a buffer circuit coupled with the switchable circuit for buffering electric energy during the switching off of the circuit breaker.

【技术实现步骤摘要】
断路器、断路系统、电力系统以及操作方法
本公开涉及断路器、包括断路器的断路系统、包括断路系统的电力系统，以及用于操作断路器的方法。
技术介绍
面对经济社会的快速发展，用户对电力系统提出了环境友好、安全可靠和成本经济等要求。直流电力系统在较大容量的电力传输、分布式能源接入，提供无功补偿等方面显示出明显的优势，因此直流电力系统日趋成为现阶段电网的主要发展趋势，而用于电力系统，特别是用于直流电力系统的断路器以及断路系统是电力系统的关键部件。
技术实现思路
随着半导体技术的不断发展，在直流电力系统中利用电力电子功率开关器件进行开断的直流断路器技术受到广泛关注。由于电力电子器件需要耐受高电压和高电流，本身价格昂贵，造成断路器成本极高。现有技术中还存在电力电子器件(包括开关器件以及诸如二极管等其他器件)易损坏等问题。另一方面，对于电力系统，往往希望断路器能够实现电流的双向切断。在电力电子领域以及相关领域中所使用的二极管通常可以分为两类：快恢复二极管；以及普通功率二极管(这里，也称作整流功率二极管)。在需要考虑电力系统中的反向振荡以及反向恢复的情况下，本领域技术人员通常不采用普通功率二极管，这主要是因为反向恢复时间的不同规格导致的，快恢复二极管的反向恢复时间要比普通功率二极管短得多，换而言之，快恢复二极管的额定工作频率要比普通功率二极管的额定工作频率高得多；反向恢复时间较长可能会导致不期望的可靠性的降低。但是，相比整流功率二极管，快恢复二极管结构和制造工艺更加复杂，成本要昂贵得多。在目前的市场上，快恢复二极管价格是普通功率二极管的近乎五倍甚至更高。功率开关器件则更加昂贵，例如，作为功率开关器件的常用IGBT的价格则可能是普通功率二极管的近乎25倍甚至更高。另外，由于断路器常常用于电力主干网络的电力传输，因此这样的应用对于断路器及其内部器件的可靠性提出了极高的要求。因此，本领域技术人员在面对这样的极高的要求时，往往都是以成本为代价，例如使用更昂贵的高性能的器件而不是价格相对较低的普通器件，或者使用多个更加昂贵得多的功率开关器件，来满足可靠性要求和/或提供设计灵活性或提供冗余性(其也可看作一种提高可靠性的手段)。为了减轻或者消除部分或者全部上述的问题及其他问题，本申请的专利技术人对断路器进行了长时间苦心钻研，提出了如在此公开中要求保护的新颖的断路器、断路系统、电力系统，以及用于操作断路器的方法。其具有新颖的结构，并且是成本有效的，以经济的成本实现高可靠性。根据一个实施例，提供了一种断路器，该断路器包括：可关断电路，包括能够在第一方向上导通和关断的第一支路和能够在与第一方向相反的第二方向上导通和关断的第二支路，所述第一支路和第二支路包括共同的功率开关器件，并分别包括与所述功率开关器件耦接的整流功率二极管，其中所述可关断电路包括第一端子和第二端子；以及缓冲电路，与所述可关断电路耦接，用于在所述可关断电路的关断过程中缓冲电能量。根据一个实施例，所述第一支路包括所述功率开关器件和分别耦接在所述功率开关器件的上游和下游的被配置为能够沿所述第一方向导通的整流功率二极管，以及所述第二支路包括所述功率开关器件和分别耦接在所述功率开关器件的上游和下游的被配置为能够沿所述第二方向导通的整流功率二极管。根据一个实施例，所述第一支路包括第一和第二整流功率二极管，所述第二支路包括第三和第四整流功率二极管，所述第一整流功率二极管的正极耦接到所述可关断电路的第一端子，所述第一整流功率二极管的负极耦接到所述功率开关器件的第一电流承载端子；所述第二整流功率二极管的正极耦接到所述功率开关器件的第二电流承载端子，所述第二整流功率二极管的负极耦接到所述可关断电路的第二端子。根据一个实施例，所述第二支路包括第三整流功率二极管和第四整流功率二极管，所述第三整流功率二极管的正极耦接到所述可关断电路的第二端子，所述第三整流功率二极管的负极耦接到所述功率开关器件的第一电流承载端子；所述第四整流功率二极管的正极耦接到所述功率开关器件的第二电流承载端子，所述第四整流功率二极管的负极耦接到所述可关断电路的第一端子。根据一个实施例，所述缓冲电路并联地耦接到所述可关断电路的所述第一端子和第二端子。根据一个实施例，所述缓冲电路包括用于接收和阻尼所述电能量的缓冲支路，所述缓冲支路的两端分别与所述可关断电路的所述第一端子和第二端子耦接。根据一个实施例，所述缓冲电路包括用于接收和阻尼所述电能量的缓冲支路，所述缓冲支路被设置为与所述功率开关器件并联连接。根据一个实施例，所述缓冲电路还包括用于吸收所述电能量的能量吸收支路，所述能量吸收支路的两端分别与所述可关断电路的所述第一端子和第二端子耦接。根据一个实施例，所述缓冲电路还包括用于吸收所述电能量的能量吸收支路，所述能量吸收支路被设置为与所述功率开关器件并联连接。根据一个实施例，所述缓冲电路被设置为与所述功率开关器件并联耦接。根据一个实施例，所述缓冲电路包括电容器，或者包括电容器与电阻器和电感器中的至少一个的组合。其中所述电阻器可以包括压敏式电阻器和/非压敏式电阻器。根据一个实施例，所述缓冲支路包括电容器，或者包括电容器与电阻器和电感器中的至少一个的组合。根据一个实施例，所述能量吸收支路包括压敏式电阻器或避雷器。根据一个实施例，所述能量吸收支路还包括与所述压敏式电阻器或避雷器串联耦接的电容器、电阻器和电感器中的至少一个的组合。根据一个实施例，所述缓冲电路包括缓冲支路和能量吸收支路，所述缓冲支路包括电容器或者包括串联连接的电容器和非压敏式电阻器，所述能量吸收支路包括压敏式电阻器或避雷器。根据一个实施例，所述断路器还包括与所述整流功率二极管并联的用于缓冲电能量的子缓冲电路，所述子缓冲电路包括电容器，或者包括电容器与电阻器和电感器中的至少一个的组合，其中所述电阻器包括压敏式电阻器。根据一个实施例，所述整流功率二极管被配置为能够耐受所述断路器中的反向振荡。根据一个实施例，所述缓冲电能量包括缓冲所述可关断电路关断过程中产生的过电压或过电流。根据一个实施例，所述整流功率二极管的额定工作频率可以为小于100Hz。根据一个实施例，所述功率开关器件包括以下中的一个或多个：绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、门极可关断晶闸管GTO、超级门极可关断晶闸管SGTO、注入增强栅晶体管IEGT。根据一个实施例，提供了一种断路系统，包括：电力主开关支路，其包括至少一个以上所述的断路器。根据一个实施例，所述至少一个断路器以串联的方式耦接。根据一个实施例，所述断路系统还包括二级缓冲电路，其与所述至少一个断路器中的至少一个并联耦接。所述二级缓冲电路包括二级缓冲支路和/或二级能量吸收支路。所述二级能量吸收支路可以包括压敏式电阻器或避雷器。根据一个实施例，所述断路系统还包括二级缓冲电路，所述二级缓冲电路包括二级缓冲支路和/或二级能量吸收支路，其中所述电力主开关支路还包括与所述至少一个断路器串联的耦合负压电路，其中所述二级缓冲电路与所述电力主开关支路并联耦接。根据一个实施例，所述断路系统还包括二级缓冲电路，所述二级缓冲电路包括二级缓冲支路和/或二级能量吸收支路，其中所述电力主开关支路还包括与所述至少一个断路器串联的辅助电流转移电路，其中所述二级缓冲电路与所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种断路器，包括：可关断电路，包括能够在第一方向上导通和关断的第一支路和能够在与第一方向相反的第二方向上导通和关断的第二支路，所述第一支路和第二支路包括共同的功率开关器件，并分别包括与所述功率开关器件耦接的整流功率二极管，其中所述可关断电路包括第一端子和第二端子；缓冲电路，与所述可关断电路耦接，用于在所述可关断电路的关断过程中缓冲电能量。

【技术特征摘要】
1.一种断路器，包括：可关断电路，包括能够在第一方向上导通和关断的第一支路和能够在与第一方向相反的第二方向上导通和关断的第二支路，所述第一支路和第二支路包括共同的功率开关器件，并分别包括与所述功率开关器件耦接的整流功率二极管，其中所述可关断电路包括第一端子和第二端子；缓冲电路，与所述可关断电路耦接，用于在所述可关断电路的关断过程中缓冲电能量。2.根据权利要求1所述的断路模块，其中：所述第一支路包括所述功率开关器件和分别耦接在所述功率开关器件的上游和下游的被配置为能够沿所述第一方向导通的整流功率二极管，以及所述第二支路包括所述功率开关器件和分别耦接在所述功率开关器件的上游和下游的被配置为能够沿所述第二方向导通的整流功率二极管。3.根据权利要求1所述的断路器，其中：所述第一支路包括第一和第二整流功率二极管，所述第二支路包括第三和第四整流功率二极管，所述第一整流功率二极管的正极耦接到所述可关断电路的第一端子，所述第一整流功率二极管的负极耦接到所述功率开关器件的第一电流承载端子；所述第二整流功率二极管的正极耦接到所述功率开关器件的第二电流承载端子，所述第二整流功率二极管的负极耦接到所述可关断电路的第二端子。4.根据权利要求3所述的断路器，其中：所述第二支路包括第三整流功率二极管和第四整流功率二极管，所述第三整流功率二极管的正极耦接到所述可关断电路的第二端子，所述第三整流功率二极管的负极耦接到所述功率开关器件的第一电流承载端子；所述第四整流功率二极管的正极耦接到所述功率开关器件的第二电流承载端子，所述第四整流功率二极管的负极耦接到所述可关断电路的第一端子。5.根据权利要求1-4中的任一项所述的断路器，其中：所述缓冲电路并联地耦接到所述可关断电路的所述第一端子和第二端子。6.根据权利要求1-4中的任一项所述的断路器，其中：所述缓冲电路包括用于接收和阻尼所述电能量的缓冲支路，所述缓冲支路的两端分别与所述可关断电路的所述第一端子和第二端子耦接。7.根据权利要求1-4中的任一项所述的断路器，其中：所述缓冲电路包括用于接收和阻尼所述电能量的缓冲支路，所述缓冲支路被设置为与所述功率开关器件并联连接。8.根据权利要求6所述的断路器，其中：所述缓冲电路还包括用于吸收所述电能量的能量吸收支路，所述能量吸收支路的两端分别与所述可关断电路的所述第一端子和第二端子耦接。9.根据权利要求7所述的断路器，其中：所述缓冲电路还包括用于吸收所述电能量的能量吸收支路，所述能量吸收支路的两端分别与所述可关断电路所述第一端子和第二端子耦接。10.根据权利要求6所述的断路器，其中：所述缓冲电路还包括用于吸收所述电能量的能量吸收支路，所述能量吸收支路被设置为与所述功率开关器件并联连接。11.根据权利要求7所述的断路器，其中：所述缓冲电路还包括用于吸收所述电能量的能量吸收支路，所述能量吸收支路被设置为与所述功率开关器件并联连接。12.根据权利要求1-4中的任一项所述的断路器，其中：所述缓冲电路被设置为与所述功率开关器件并联耦接。13.根据权利要求1所述的断路模块，其中：所述缓冲电路包括电容器，或者包括电容器与电阻器和电感器中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾嵘，余占清，张翔宇，陈政宇，魏天予，吕纲，黄瑜珑，庄池杰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11