一种自限流型混合式断路器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种自限流型混合式断路器及其控制方法，所述断路器包括IGBT开关管、第一电压检测电路、第二电压检测电路、晶闸管、电抗器以及机械开关；第一电压检测电路与机械开关连接，第二电压检测电路与晶闸管连接，晶闸管还与电抗器连接；当系统正常工作时，晶闸管处于闭锁状态；当系统发生故障时，IGBT开关管的电流升高工作在有源区；当第二电压检测电路检测到IGBT开关管的电压超过第二预设电压阈值时，则触发晶闸管导通，使电抗器投入系统，抑制故障电流上升；当第一电压检测电路检测到IGBT开关管的电压超过第一预设电压阈值时，则触发机械开关动作，开断故障电流。本发明专利技术通能够不依赖外界电流检测实现对短路故障的限流以及对故障电流的切除。以及对故障电流的切除。以及对故障电流的切除。

【技术实现步骤摘要】
一种自限流型混合式断路器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及断路器
，尤其涉及一种自限流型混合式断路器及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着新能源发电并网容量逐年提升，高压直流输电由于能够更有效提高可再生新能源利用效率，规模不断扩张，导致短路电流持续增长，因此对具有强开断能力断路器的需求日益增长。根据断路器开断部分组成的不同，断路器主要分为机械式、固态式以及混合式三种。机械式断路器具有流通容量大，运行稳定无噪音，损耗及发热量小等优点，但机械式断路器由于存在明显开断点，在开断过程中极易产生电弧，需要等待至感性能量耗散殆尽后方能熄灭，在隔离短路故障时电弧更甚，导致开断时间过长，极易损坏机械触头，这限制了其在大容量、高开断要求场合下的使用。而固态式断路器具有无触头、不产生电弧、结构紧凑、灵活可控及开断速度快等优点，但因大量使用电力电子开关使得断路器成本高、通态损耗高、正常运行时发热量大，需要额外的辅助降温措施，限制了其在电力系统中的实际应用。混合式断路器兼顾了前两者的优点，将超快速机械开关与全控电力电子器件有效结合，充分发挥各自分断故障电流的优势，是高压断路器未来的发展方向。
[0003]但是，现有的混合式断路器需要监测外电路电流大小，一旦电流采样出现问题，则无法触发断路器，导致断路器动作失败，而且现有的混合式断路器通常不具备限流能力。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种自限流型混合式断路器及其控制方法，能够不依赖外界电流检测实现对短路故障的限流以及对故障电流的切除。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种自限流型混合式断路器，包括IGBT开关管、第一电压检测电路、第二电压检测电路、晶闸管、电抗器以及机械开关；
[0006]所述IGBT开关管的集电极与所述第一电压检测电路的第一端连接，所述IGBT开关管的发射极与所述第一电压检测电路的第二端连接；所述IGBT开关管的集电极还与所述第二电压检测电路的第一端连接，所述IGBT开关管的发射极还与所述第二电压检测电路的第二端连接；所述机械开关与所述IGBT开关管的集电极连接；
[0007]所述第一电压检测电路的第三端与所述机械开关连接，所述第二电压检测电路的第三端与所述晶闸管的阴极连接，所述晶闸管的阳极与所述IGBT开关管的集电极连接；所述晶闸管的阴极还与所述电抗器的第一端连接，所述电抗器的第二端与所述IGBT开关管的发射极连接；
[0008]当系统正常工作时，所述晶闸管处于闭锁状态，系统电流流过所述机械开关以及所述IGBT开关管；
[0009]当系统发生故障时，所述IGBT开关管的电流升高，使所述IGBT开关管工作在有源区；当所述第二电压检测电路检测到所述IGBT开关管的电压超过第二预设电压阈值时，则
触发所述晶闸管导通，使所述电抗器投入系统，以抑制故障电流上升；当所述第一电压检测电路检测到所述IGBT开关管的电压超过第一预设电压阈值时，则触发所述机械开关动作，开断故障电流。
[0010]作为上述方案的改进，所述自限流型混合式断路器还包括二极管，所述二极管并联在所述IGBT开关管的集电极和发射极之间，用于为所述电抗器提供续流回路。
[0011]作为上述方案的改进，所述第一电压检测电路包括第一比较器；
[0012]所述第一比较器的第一输入端与所述IGBT开关管的集电极连接，所述第一比较器的第二输入端与第一预设电压阈值连接，所述第一比较器的输出端与所述机械开关连接。
[0013]作为上述方案的改进，所述第二电压检测电路包括第二比较器；
[0014]所述第二比较器的第一输入端与所述IGBT开关管的集电极连接，所述第二比较器的第二输入端与第二预设电压阈值连接，所述第二比较器的输出端与所述晶闸管连接。
[0015]作为上述方案的改进，所述第一预设电压阈值大于所述第二预设电压阈值。
[0016]本专利技术实施例还提供了一种自限流型混合式断路器的控制方法，所述方法应用于包括IGBT开关管、第一电压检测电路、第二电压检测电路、晶闸管、电抗器以及机械开关的自限流型混合式断路器，所述自限流型混合式断路器的控制方法包括：
[0017]当系统正常工作时，所述晶闸管处于闭锁状态，系统电流流过所述机械开关以及所述IGBT开关管；
[0018]当系统发生故障时，所述IGBT开关管的电流升高，使所述IGBT开关管工作在有源区；当所述第二电压检测电路检测到所述IGBT开关管的电压超过第二预设电压阈值时，则触发所述晶闸管导通，使所述电抗器投入系统，以抑制故障电流上升；当所述第一电压检测电路检测到所述IGBT开关管的电压超过第一预设电压阈值时，则触发所述机械开关动作，开断故障电流。
[0019]进一步的，所述自限流型混合式断路器还包括二极管，所述二极管并联在所述IGBT开关管的集电极和发射极之间，用于为所述电抗器提供续流回路。
[0020]进一步的，所述第一电压检测电路包括第一比较器；
[0021]所述第一比较器的第一输入端与所述IGBT开关管的集电极连接，所述第一比较器的第二输入端与第一预设电压阈值连接，所述第一比较器的输出端与所述机械开关连接。
[0022]进一步的，所述第二电压检测电路包括第二比较器；
[0023]所述第二比较器的第一输入端与所述IGBT开关管的集电极连接，所述第二比较器的第二输入端与第二预设电压阈值连接，所述第二比较器的输出端与所述晶闸管连接。
[0024]进一步的，所述第一预设电压阈值大于所述第二预设电压阈值。
[0025]相对于现有技术，本专利技术实施例提供的一种自限流型混合式断路器及其控制方法的有益效果在于：本专利技术实施例无需外界电流检测，利用IGBT开关管自身的工作特性，在系统正常工作情况下通态损耗较低，且IGBT开关管工作于正常工作的饱和区时不会误触发。在短路故障发生后，IGBT开关管迅速进入有源区，此时IGBT开关管的电压快速上升，利用这个特点可以作为判断故障电流上升的依据。电压检测电路可以快速检测到IGBT开关管电压上升并快速触发晶闸管导通，使得电抗器投入到系统中，抑制故障电流上升。同时触发机械开关动作，开断故障电流，实现较低短路电流条件下的故障电流切除。
附图说明
[0026]图1是本专利技术提供的一种自限流型混合式断路器的一个优选实施例的电路拓扑图；
[0027]图2是本专利技术提供的一种自限流型混合式断路器的另一个优选实施例的电路拓扑图；
[0028]图3是本专利技术提供的一种自限流型混合式断路器中IGBT开关管T1的典型输出特性图；
[0029]图4是本专利技术提供的一种自限流型混合式断路器中IGBT开关管T1的典型工作波形图；
[0030]图5是本专利技术提供的一种自限流型混合式断路器中电抗器L1的典型工作波形图；
[0031]图6是本专利技术提供的一种自限流型混合式断路器中机械开关MC1的典型工作波形图。
具体实施方式<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自限流型混合式断路器，其特征在于，包括IGBT开关管、第一电压检测电路、第二电压检测电路、晶闸管、电抗器以及机械开关；所述IGBT开关管的集电极与所述第一电压检测电路的第一端连接，所述IGBT开关管的发射极与所述第一电压检测电路的第二端连接；所述IGBT开关管的集电极还与所述第二电压检测电路的第一端连接，所述IGBT开关管的发射极还与所述第二电压检测电路的第二端连接；所述机械开关与所述IGBT开关管的集电极连接；所述第一电压检测电路的第三端与所述机械开关连接，所述第二电压检测电路的第三端与所述晶闸管的阴极连接，所述晶闸管的阳极与所述IGBT开关管的集电极连接；所述晶闸管的阴极还与所述电抗器的第一端连接，所述电抗器的第二端与所述IGBT开关管的发射极连接；当系统正常工作时，所述晶闸管处于闭锁状态，系统电流流过所述机械开关以及所述IGBT开关管；当系统发生故障时，所述IGBT开关管的电流升高，使所述IGBT开关管工作在有源区；当所述第二电压检测电路检测到所述IGBT开关管的电压超过第二预设电压阈值时，则触发所述晶闸管导通，使所述电抗器投入系统，以抑制故障电流上升；当所述第一电压检测电路检测到所述IGBT开关管的电压超过第一预设电压阈值时，则触发所述机械开关动作，开断故障电流。2.如权利要求1所述的自限流型混合式断路器，其特征在于，还包括二极管，所述二极管并联在所述IGBT开关管的集电极和发射极之间，用于为所述电抗器提供续流回路。3.如权利要求2所述的自限流型混合式断路器，其特征在于，所述第一电压检测电路包括第一比较器；所述第一比较器的第一输入端与所述IGBT开关管的集电极连接，所述第一比较器的第二输入端与第一预设电压阈值连接，所述第一比较器的输出端与所述机械开关连接。4.如权利要求3所述的自限流型混合式断路器，其特征在于，所述第二电压检测电路包括第二比较器；所述第二比较器的第一输入端与所述IGBT开关管的集电极连接，所述第二比...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾妙松，东野忠昊，高美金，张利军，卞荣，吴莹，陈科技，李国强，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司北京交通大学，
类型：发明
国别省市：