一种双向多端口固态式直流断路器及其控制方法技术

本发明专利技术提供一种双向多端口固态式直流断路器及其控制方法，所述直流断路器包括主通流支路和吸能支路；所述主通流支路由全控电力电子器件单元组成，所述全控电力电子器件单元一端与直流母线电性连接；所述吸能支路由吸能单元和辅助单元组成；所述吸能单元一端与直流母线电性连接，所述吸能单元另一端与所述辅助单元一端电性连接；所述辅助单元的另一端与所述全控电力电子器件单元另一端电性连接。整个固态式直流断路器拓扑结构简单、体积小巧，制作成本大幅度降低，且控制操作简单容易。且控制操作简单容易。且控制操作简单容易。

【技术实现步骤摘要】
一种双向多端口固态式直流断路器及其控制方法


[0001]本专利技术属于电力器件
，具体涉及断路器，更进一步涉及一种双向多端口固态式直流断路器及其控制方法。

技术介绍

[0002]直流断路器是直流电网里不可或缺的关键装备，可以在极短时间内切除短路引起的故障电流，以保障直流系统的安全可靠运行。由于直流电网阻尼小，短路引起的故障电流上升率非常高，需要直流断路器在极短的时间内完成故障隔离。
[0003]现有的直流断路器包括机械式直流断路器、混合式直流断路器以及固态式直流断路器。
[0004]比如现有专利(CN112865047A)公开一种多端口直流断路器及其应用方法，多端口直流断路器连接于第一换流站及第二换流站之间，第一换流站和第二换流站均包含至少两条直流出线线路，断路器包括：限流单元、开断单元、能量吸收单元、多个通流单元、整流单元，整流单元包括多个第一整流单元及多个第二整流单元，其中，第一换流站通过一个通流单元与一个第二换流站连接，通流单元包括：至少一组快速机械开关和电力电子开关模块串联构成，电力电子开关具备双向导通和关断电流能力；第一换流站还依次通过第一整流单元、限流单元分别与开断单元的第一端及能量吸收单元的第一端连接，开断单元的第二端及能量吸收单元的第二端连接后，通过多个第一整流单元与多个第二换流站对应连接；第一换流站还通过第二整流单元分别与开断单元的第二端及能量吸收单元的第二端连接，每个第二换流站均通过一个第二整流单元与第一整流单元、限流单元之间的连接点连接；当每个通流单元所在线路、第一换流站正常运行时，通流单元用于实现第一换流站及第二换流站之间的负荷电流传输；当通流单元所在线路、第一换流站中至少一个故障时，第一整流单元和第二整流单元用于转移故障电流、隔离故障线路、保护健全线路的正常运行；限流单元用于限制系统故障电流；开断单元用于分断系统故障电流；能量吸收单元用于抑制分断过电压、吸收系统感性元件储存能量。
[0005]上述专利公开的多端口直流断路器实际是一种多端口混合式直流断路器，通流单元采用机械开关与电力电子开关模块串联构成的结构，利用整流单元将开断单元接入，实现双向开断的功能，限流单元中第一开关电路控制开断单元和能量吸收单元的接入。其开断的过程为：
[0006]1.分闸机械开关，导通第一整流单元、限流单元中第一开关电路，然后关断通流单元中的可控器件，将故障电流从直流线路中换流到第一整流单元
‑
开断单元
‑
第一整流单元。
[0007]2.当机械开关触头开距达到一定程度后，关断开断单元中的可控器件，将电流换流到能量吸收单元。
[0008]3.能量吸收单元吸收系统中的故障能量，完成开断。
[0009]可见，上述断路器结构复杂，需要有机械开关、整流单元、开断单元等，对控制的要
求也更高更复杂。
[0010]相较于机械式直流断路器和混合式直流断路器，固态式直流断路器具有更快的开断速度，可以在百us内开断故障电流，完成故障隔离。同时还具有结构简单、无弧开断、无位移结构等优势，使得固态式直流断路器在直流电网中应用越来越广泛。
[0011]但随着固态式直流断路器在直流电网中应用越来越广泛，对固态式直流断路器提出更高要求，需要固态式直流断路器的拓扑结构更简单、控制更容易、体积更小巧以及制作成本更低。

技术实现思路

[0012]为了克服现有技术的缺陷，本专利技术提供一种双向多端口固态式直流断路器及其控制方法。
[0013]本专利技术通过如下技术方案实现：
[0014]本专利技术公开一种双向多端口固态式直流断路器，
[0015]所述直流断路器包括主通流支路和吸能支路；
[0016]所述主通流支路由全控电力电子器件单元组成，所述全控电力电子器件单元一端与直流母线电性连接；
[0017]所述吸能支路由吸能单元和辅助单元组成；
[0018]所述吸能单元一端与直流母线电性连接，所述吸能单元另一端与所述辅助单元一端电性连接；
[0019]所述辅助单元的另一端与所述全控电力电子器件单元另一端电性连接。
[0020]进一步的，所述主通流支路包括n条通流支路；
[0021]n条通流支路中，每条通流支路由全控电力电子器件单元组成。
[0022]进一步的，所述吸能单元采用压敏电阻。
[0023]进一步的，所述辅助单元包括n组反并联二极管；
[0024]n组反并联二极管中，每组反并联二极管的一端与所述吸能单元另一端电性连接，每组反并联二极管的另一端与所述n条通流支路的对应通流支路电性连接。
[0025]进一步的，每组反并联二极管包括第一二极管和第二二极管；
[0026]所述第一二极管的正极与所述第二二极管的负极电性连接，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极电性连接；
[0027]所述第一二极管的正极与所述第二二极管的负极电性连接的连接端点与所述吸能单元另一端电性连接；
[0028]所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极电性连接的连接端点与所述n条通流支路的对应通流支路电性连接。
[0029]进一步的，所述辅助单元采用反并联的全控电力电子器件。
[0030]进一步的，所述辅助单元采用反并联的半控电力电子器件。
[0031]进一步的，所述全控电力电子器件单元由特定拓扑结构的全控电力电子模块构成；
[0032]所述特定拓扑结构包括反并联、反串联、全桥以及二级管桥结构；
[0033]所述全控电力电子器件模块包括全控电力电子器件，全控电力电子器件包括
IGBT、IGCT、IEGT。
[0034]进一步的，反并联全控电力电子模块包括第一全控电力电子器件组和第二组全控电力电子器件组；
[0035]所述第一全控电力电子器件组和第二全控电力电子器件组并联设置；
[0036]所述第一全控电力电子器件组和第二全控电力电子器件组的并联一端与直流母线电性连接，所述第一全控电力电子器件组和第二全控电力电子器件组的并联另一端与所述辅助单元的另一端电性连接；
[0037]所述第一全控电力电子器件组和第二全控电力电子器件组分别包括多个串联的全控电力电子器件；
[0038]所述第一全控电力电子器件组中多个串联的全控电力电子器件形成的导通方向与所述第二全控电力电子器件组中多个全控电力电子器件形成的导通方向相反。
[0039]进一步的，反串联全控电力电子器件模块包括第三二极管、第四二极管、第一全控电力电子器件、第二全控电力电子器件、连通导线；
[0040]所述第三二极管的负极与所述第四二极管的负极、连通导线一端电性连接；
[0041]所述第一全控电力电子器件的阳极与所述第二全控电力电子器件的阳极、连通导线的另一端电性连接；
[0042]所述第一全控电力电子器件的阴极与所述第三二极管的正极电性连接，连接端与直流母线电性连接；
[0043]所述第二全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向多端口固态式直流断路器，其特征在于，所述直流断路器包括主通流支路和吸能支路；所述主通流支路由全控电力电子器件单元组成，所述全控电力电子器件单元一端与直流母线电性连接；所述吸能支路由吸能单元和辅助单元组成；所述吸能单元一端与直流母线电性连接，所述吸能单元另一端与所述辅助单元一端电性连接；所述辅助单元的另一端与所述全控电力电子器件单元另一端电性连接。2.根据权利要求1所述的双向多端口固态式直流断路器，其特征在于，所述主通流支路包括n条通流支路；n条通流支路中，每条通流支路由全控电力电子器件单元组成。3.根据权利要求1所述的双向多端口固态式直流断路器，其特征在于，所述吸能单元采用压敏电阻。4.根据权利要求2
‑
3任一项所述的双向多端口固态式直流断路器，其特征在于，所述辅助单元包括n组反并联二极管；n组反并联二极管中，每组反并联二极管的一端与所述吸能单元另一端电性连接，每组反并联二极管的另一端与所述n条通流支路的对应通流支路电性连接。5.根据权利要求4所述的双向多端口固态式直流断路器，其特征在于，每组反并联二极管包括第一二极管和第二二极管；所述第一二极管的正极与所述第二二极管的负极电性连接，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极电性连接；所述第一二极管的正极与所述第二二极管的负极电性连接的连接端点与所述吸能单元另一端电性连接；所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极电性连接的连接端点与所述n条通流支路的对应通流支路电性连接。6.根据权利要求1所述的双向多端口固态式直流断路器，其特征在于，所述辅助单元采用反并联的全控电力电子器件。7.根据权利要求1所述的双向多端口固态式直流断路器，其特征在于，所述辅助单元采用反并联的半控电力电子器件。8.根据权利要求1或2所述的双向多端口固态式直流断路器，其特征在于，所述全控电力电子器件单元由特定拓扑结构的全控电力电子模块构成；所述特定拓扑结构包括反并联、反串联、全桥以及二级管桥结构；所述全控电力电子器件模块包括全控电力电子器件，全控电力电子器件包括IGBT、IGCT、IEGT。9.根据权利要求8所述的双向多端口固态式直流断路器，其特征在于，反并联全控电力电子模块包括第一全控电力电子器件组和第二组全控电力电子器件组；所述第一全控电力电子器件组和第二全控电力电子器件组并联设置；所述第一全控电力电子器件组和第二全控电力电子器件组的并联一端与直流母线电性连接，所述第一全控电力电子器件组和第二全控电力电子器件组的并联另一端与所述辅
助单元的另一端电性连接；所述第一全控电力电子器件组和第二全控电力电子器件组分别包括多个串联的全控电力电子器件；所述第一全控电力电子器件组中多个串联的全控电力电子器件形成的导通方向与所述第二全控电力电子器件组中多个全控电力电子器件形成的导通方向相反。10.根据权利要求8所述的双向多端口固态式直流断路器，其特征在于，反串联全控电力电子器件模块包括第三二极管、第四...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾嵘，孙长平，严鑫，贾娜，屈鲁，郭明珠，余占清，周兴达，甘之正，唐博进，黄瑜珑，尹立坤，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：