一种采用复合固态开关的直流断路器及其控制方法技术

本发明专利技术提出一种采用复合固态开关的直流断路器及其控制方法，所述直流断路器包括：主流通支路，转移支路，振荡及能量吸收支路，其中，所述转移支路包括复合固态开关。本发明专利技术提出的一种采用复合固态开关的直流断路器及其控制方法，充分利用电力电子器件的关断能力和抗浪涌能力，实现故障电流的快速、可靠开断，比相同性能的传统单一器件电力电子开关成本节省60％～70％，具有结构简单、体积小、成本低等优势。优势。优势。

【技术实现步骤摘要】
一种采用复合固态开关的直流断路器及其控制方法


[0001]本专利技术属于固态开关领域，特别涉及一种采用复合固态开关的直流断路器及其控制方法。

技术介绍

[0002]柔性直流电网因其系统主接线结构、运行方式更加复杂多样，进而导致直流系统故障方式多、故障发展快、影响范围广。因此，迫切需要柔性直流电网的故障隔离技术，以保障柔性直流电网的安全可靠运行。直流断路器是直流输配电系统中实现直流故障隔离最为理想的选择之一。固态开关是直流断路器的重要组成部分，是实现故障电流快速、可靠开断的关键。
[0003]随着直流断路器的电压等级、开断电流要求提升，现有适用于直流断路器的固态开关存在着串并联器件多、体积大、成本高等问题。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供一种采用复合固态开关的直流断路器及其控制方法。
[0005]本专利技术的采用复合固态开关的直流断路器，包括：主流通支路，转移支路，振荡及能量吸收支路，
[0006]其中，
[0007]所述转移支路包括复合固态开关。
[0008]进一步，
[0009]所述复合固态开关包括串联的第一电路结构和第二电路结构，
[0010]所述第一电路结构包括并联的第一MOV支路，第一Rs
‑
Cs支路和第一可控开关支路；
[0011]所述第二电路结构包括并联的第二MOV支路，第二Rs
‑
Cs支路和第二可控开关支路。
[0012]进一步，
[0013]所述第一MOV支路包括金属氧化物压敏电阻MOV0；
[0014]所述第二MOV支路包括金属氧化物压敏电阻MOV；
[0015]所述第一Rs
‑
Cs支路包括串联的第一电阻Rs0和第一电容Cs0；
[0016]所述第二Rs
‑
Cs支路包括串联的第二电阻Rs和第二容Cs；
[0017]所述第二可控开关支路包括反并联的第一开关器件和第二开关器件，所述第一开关器件的第一电极连接所述第二开关器件的第二电极，所述第一开关器件的第二电极连接所述第二开关器件的第一电极；
[0018]所述第一可控开关支路包括电容C0、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件，其中，所述第五开关器件和第四开关器件串联，所述第五开关器件的第二电极连接所述第四开关器件第一电极构成第一串联结构；所述第三开关器件和第六开关
器件串联，所述第三开关器件的第二电极连接所述第六开关器件第一电极构成第二串联结构；所述第五开关器件的第一电极连接第三开关器件的第一电极，所述第四开关器件的第二电极连接第六开关器件的第二电极；所述第五开关器件的第二电极与第六开关器件的第一电极间连接有所述电容C0。
[0019]进一步，
[0020]所述第一开关器件为集成门极换流晶闸管；
[0021]所述第二开关器件、第五开关器件和第六开关器件为二极管，所述第二开关器件、第五开关器件和第六开关器件的第一电极、第二电极分别为阳极，阴极；
[0022]所述第三开关器件、第四开关器件为集成门极换流晶闸管或绝缘栅双极晶体管，所述第三开关器件、第四开关器件的第一电极和第二电极分别为集电极和发射极。
[0023]进一步，
[0024]所述振荡及能量吸收支路包括电感L
M
，电容C
M
，金属氧化物压敏电阻MOV1，第七开关器件，第八开关器件，
[0025]其中，
[0026]所述电容C
M
和金属氧化物压敏电阻MOV1并联构成C
M
‑
MOV1并联结构；
[0027]所述第七开关器件，第八开关器件构成反并联结构，所述第七开关器件的第一电极连接所述第八开关器件的第二电极，所述第七开关器件的第二电极连接所述第八开关器件的第一电极；
[0028]所述电感L
M
、C
M
‑
MOV1并联结构、反并联结构串联连接。
[0029]进一步，
[0030]所述第七开关器件选自如下器件：晶闸管、集成门极换流晶闸管、可关断晶闸管和绝缘栅双极晶体管，所述第七开关器件为晶闸管、集成门极换流晶闸管或可关断晶闸管时，所述第七开关器件的第一电极、第二电极分别为阳极、阴极；所述第七开关器件为绝缘栅双极晶体管时，所述第七开关器件的第一电极、第二电极分别为集电极、发射极，
[0031]所述第八开关器件为二极管，所述第八开关器件的第一电极、第二电极分别为阳极、阴极。
[0032]本专利技术还提供一种采用复合固态开关的直流断路器控制方法，用于控制上述采用复合固态开关的直流断路器，所述控制方法包括步骤：
[0033]正常工作时，控制直流断路器中的快速机械开关通流，使得直流断路器中的转移支路中的电容C0预充电压；
[0034]B、故障发生后，给快速机械开关发送分闸指令，同时选择导通或不导通所述复合固态开关中的第一开关器件；
[0035]控制导通所述复合固态开关中的第三开关器件和第四开关器件IEGT1和IEGT2，若步骤B中导通所述第一开关器件，则所述第一开关器件的导通时间需要在所述第三开关器件和第四开关器件导通之前；
[0036]控制所述第一开关器件导通一段时间后，电容C0上电压为0，所述复合固态开关中的第五开关器件和第六开关器件导通，此时控制关断所述复合固态开关中的第三开关器件和第四开关器件，电流通过第五开关器件、C0、第六开关器件流通；
[0037]关断所述第三开关器件和第四开关器件，控制电流从所述第三开关器件和第四开
关器件换流到电容C0。
[0038]进一步，包括步骤：
[0039]控制导通所述直流断路器中的振荡及能量吸收支路中的第七开关器件，使得电流从所述转移支路换流到所述振荡及能量吸收支路。
[0040]进一步，包括步骤：
[0041]当所述转移支路电流为0时，控制关断所述第一开关器件，利用所述振荡及能量吸收支路中与电容C
M
并联的金属氧化物压敏电阻MOV1吸能，完成关断。
[0042]进一步，
[0043]所述第一开关器件为集成门极换流晶闸管；
[0044]所述第三开关器件、第四开关器件为集成门极换流晶闸管或绝缘栅双极晶体管；
[0045]所述第五开关器件和第六开关器件为二极管；
[0046]所述第七开关器件选自如下器件：晶闸管、集成门极换流晶闸管、可关断晶闸管、绝缘栅双极晶体管。
[0047]本专利技术的一种采用复合固态开关的直流断路器及其控制方法，充分利用不同电力电子器件的关断优势和抗浪涌优势，提出一种复合固态开关拓扑结构，在故障电流快速、可靠开断的前提下，可简化固态开关的结构、减小固态开关的体积、降低固态开关的成本。这是由于复合固态开关结合了不同电力电子器件的关断优势和抗浪涌优势，可减少电力电子器件的并联数量，进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用复合固态开关的直流断路器，其特征在于，包括：主流通支路，转移支路，振荡及能量吸收支路，其中，所述转移支路包括复合固态开关。2.根据权利要求1所述的一种采用复合固态开关的直流断路器，其特征在于，所述复合固态开关包括串联的第一电路结构和第二电路结构，所述第一电路结构包括并联的第一MOV支路，第一Rs
‑
Cs支路和第一可控开关支路；所述第二电路结构包括并联的第二MOV支路，第二Rs
‑
Cs支路和第二可控开关支路。3.根据权利要求2所述的一种采用复合固态开关的直流断路器，其特征在于，所述第一MOV支路包括金属氧化物压敏电阻MOV0；所述第二MOV支路包括金属氧化物压敏电阻MOV；所述第一Rs
‑
Cs支路包括串联的第一电阻Rs0和第一电容Cs0；所述第二Rs
‑
Cs支路包括串联的第二电阻Rs和第二容Cs；所述第二可控开关支路包括反并联的第一开关器件和第二开关器件，所述第一开关器件的第一电极连接所述第二开关器件的第二电极，所述第一开关器件的第二电极连接所述第二开关器件的第一电极；所述第一可控开关支路包括电容C0、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件和第六开关器件，其中，所述第五开关器件和第四开关器件串联，所述第五开关器件的第二电极连接所述第四开关器件第一电极构成第一串联结构；所述第三开关器件和第六开关器件串联，所述第三开关器件的第二电极连接所述第六开关器件第一电极构成第二串联结构；所述第五开关器件的第一电极连接第三开关器件的第一电极，所述第四开关器件的第二电极连接第六开关器件的第二电极；所述第五开关器件的第二电极与第六开关器件的第一电极间连接有所述电容C0。4.根据权利要求3所述的一种采用复合固态开关的直流断路器，其特征在于，所述第一开关器件为集成门极换流晶闸管；所述第二开关器件、第五开关器件和第六开关器件为二极管，所述第二开关器件、第五开关器件和第六开关器件的第一电极、第二电极分别为阳极，阴极；所述第三开关器件、第四开关器件为集成门极换流晶闸管或绝缘栅双极晶体管，所述第三开关器件、第四开关器件的第一电极和第二电极分别为集电极和发射极。5.根据权利要求1
‑
4任一所述的一种采用复合固态开关的直流断路器，其特征在于，所述振荡及能量吸收支路包括电感L
M
，电容C
M
，金属氧化物压敏电阻MOV1，第七开关器件，第八开关器件，其中，所述电容C
M
和金属氧化物压敏电阻MOV1并联构成C
M
‑
MOV1并联结构；所述第七开关器件，第八开关器件构成反并联结构，所述第七开关器...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾嵘，余占清，张翔宇，屈鲁，严鑫，甘之正，黄瑜珑，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：