【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及直流断路器，特别涉及一种耦合电感限流型混合式直流断路器及其应用方法。
技术介绍
1、随着能源短缺和环境污染问题的加剧，能源的开发与利用逐渐从传统能源向可再生能源过渡。具备柔性直流输电技术优点的直流电网是可再生能源并网和消纳的有效手段。直流断路器作为直流电网控制和保护的重要器件，直流故障发生后，利用直流断路器快速切除故障线路，可以最大程度地降低故障对直流电网的影响，因此直流断路器对直流电网稳定安全可靠运行具有十分重要的作用。
2、随着直流断路器的发展，直流断路器主要可分为3类：机械式直流断路器、固态式直流断路器和混合式直流断路器。混合式直流断路器将机械开关较强的通流能力和电力电子器件的快速关断能力相结合，系统正常工作时电流流经主支路机械开关，当系统发生故障时，故障电流被转移至故障处理支路后由电力电子器件进行切除，因此混合式直流断路器兼具机械式直流断路器和全固态式直流断路器二者的优点(通态损耗小且开断速度快)，是当前的主流研究方向。为了减小切断故障电流时的幅值，通常在直流电网中加装平波电抗器与混合式直流断路器配合使用，但当平波电抗器的值过大时会影响系统的动态性能，其值过小时限流效果不明显。此外，随着直流电网电压等级的提高，故障电流上升的速率更快，使得混合式直流断路器在分断故障电流的过程中承受较高的暂态电压值和故障电流上升率，增加了避雷器的耗能要求。
3、为解决上述问题，多种带有限流功能的混合式直流断路器被提出。中国专利1（公开号：cn116260118a）公开了一种具备限流功能的混合式直流断路器
4、因此，针对当前带限流功能的混合式直流断路器存在的问题，需要设计一种新型的直流断路器电路拓扑来解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术目的是：提供一种耦合电感限流型混合式直流断路器及其应用方法，能够在直流系统故障后有效抑制故障电流的上升速率和幅值，降低对直流断路器分断电流能力的要求和避雷器耗能要求，同时通过限流型直流断路器中各支路的配合快速清除直流故障电流，提高直流电网在直流故障下的运行可靠性。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种耦合电感限流型混合式直流断路器，包括主通流支路、桥式换向部分、电流转移部分、开断和耗能部分、限流部分、电容预充电支路、接地旁路支路、电感旁路支路和泄能支路，其中：
4、主通流支路包括依次串联的机械开关ufd和负载转换开关lcs；
5、桥式换向部分包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4，其中第一二极管d1和第二二极管d2负极反向串联构成一个桥臂，第三二极管d3和第四二极管d4正极反向串联构成一个桥臂；第一二极管d1正极和第三二极管d3负极接主通流支路输入端，第二二极管d2正极和第四二极管d4负极接主通流支路输出端；
6、电流转移部分一端接第一二极管d1和第二二极管d2的负极连接点，另一端接第三二极管d3和第四二极管d4的正极连接点，用以转移主通流支路的电流；
7、开断和耗能部分、电感旁路支路和限流部分依次连接在第一二极管d1和第二二极管d2的负极连接点、第三二极管d3和第四二极管d4的正极连接点之间；
8、电流转移部分的输出端通过泄能支路接第一二极管d1和第二二极管d2的负极连接点；电流转移部分的输出端还通过电容预充电支路接地；
9、第三二极管d3和第四二极管d4的正极连接点通过接地旁路支路接地。
10、优选的，所述电流转移部分包括第一晶闸管t1、第二晶闸管t2和电容c，其中第一晶闸管t1构成电流转移支路，第二晶闸管t2和电容c串联构成晶闸管辅助关断换流支路，所述电流转移支路和晶闸管辅助关断换流支路两者并联；第一晶闸管t1、第二晶闸管t2的阳极接第一二极管d1和第二二极管d2的负极连接点，第二晶闸管t2的阴极接电容c一端，第一晶闸管t1阴极、电容c另一端接第三二极管d3和第四二极管d4的正极连接点。
11、优选的，所述开断和耗能部分包括相互并联的带续流二极管的全控型器件s1和金属氧化物避雷器mov，并联结构的一端接第一二极管d1和第二二极管d2的负极连接点，并联结构的另一端接限流部分。
12、优选的，所述限流部分包括相串联的耦合电感和第二电阻r2，其中耦合电感的一侧电感l1和二侧电感l2的一对异名端相连，一侧电感l1另一端接到全控型器件s1的发射极和金属氧化物避雷器mov的连接点上，二侧电感l2另一端通过第二电阻r2连接第三二极管d3和第四二极管d4的正极连接点；二侧电感l2另一端还通过电感旁路支路接到全控型器件s1的发射极和金属氧化物避雷器mov的连接点上。
13、优选的，所述电感旁路支路包括第六晶闸管t6，第六晶闸管t6的阴极连接到耦合电感的一侧电感l1与金属氧化物避雷器mov和全控型器件s1三者的连接点，阳极连接到耦合电感的二侧电感l2的一端。
14、优选的，所述电容预充电支路包括相串联的第一电阻r1和第四晶闸管t4，其中第一电阻r1的一端接电容c，另一端接第四晶闸管t4的阳极，第四晶闸管t4的阴极接地，电容预充电支路用以给电容c预充电。
15、优选的，所述泄能支路包括第三晶闸管t3，第三晶闸管t3的阳极连接到电容c、第二晶闸管t2和第一电阻r1三者的连接点，阴极连接到第一二极管d1和第二二极管d2的负极连接点。
16、优选的，所述接地旁路支路包括相串联的第三电阻r3和第五晶闸管t5，第三电阻r3的一端接地，另一端接第五晶闸管t5的阳极，第五晶闸管t5的阴极接到第三二极管d3和第四二极管d4的正极连接点。
17、优选的，所述负载转换开关lcs由两组带续流二极管的全控型器件igbt反向串联构成，实现电流双向流通。
18、一种耦合电感限流型混合式直流断路器的应用方法，包括：
19、正常通流状态：机械开关ufd闭合，负载转换开关lcs的全控型器件igbt处于触发导通状态，电流从直流电源侧流经机械开关ufd和负载转换开关lcs后流向负载侧，给负载供电；通过触发第一晶本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种耦合电感限流型混合式直流断路器，其特征在于，包括主通流支路、桥式换向部分、电流转移部分、开断和耗能部分、限流部分、电容预充电支路、接地旁路支路、电感旁路支路和泄能支路，其中：
2.根据权利要求1所述的耦合电感限流型混合式直流断路器，其特征在于，所述电流转移部分包括第一晶闸管T1、第二晶闸管T2和电容C，其中第一晶闸管T1构成电流转移支路，第二晶闸管T2和电容C串联构成晶闸管辅助关断换流支路，所述电流转移支路和晶闸管辅助关断换流支路两者并联；第一晶闸管T1、第二晶闸管T2的阳极接第一二极管D1和第二二极管D2的负极连接点，第二晶闸管T2的阴极接电容C一端，第一晶闸管T1阴极、电容C另一端接第三二极管D3和第四二极管D4的正极连接点。
3.根据权利要求2所述的耦合电感限流型混合式直流断路器，其特征在于，所述开断和耗能部分包括相互并联的带续流二极管的全控型器件S1和金属氧化物避雷器MOV，并联结构的一端接第一二极管D1和第二二极管D2的负极连接点，并联结构的另一端接限流部分。
4.根据权利要求3所述的耦合电感限流型混合式直流断路器，其特征在于
5.根据权利要求4所述的耦合电感限流型混合式直流断路器，其特征在于，所述电感旁路支路包括第六晶闸管T6，第六晶闸管T6的阴极连接到耦合电感的一侧电感L1与金属氧化物避雷器MOV和全控型器件S1三者的连接点，阳极连接到耦合电感的二侧电感L2的一端。
6.根据权利要求5所述的耦合电感限流型混合式直流断路器，其特征在于，所述电容预充电支路包括相串联的第一电阻R1和第四晶闸管T4，其中第一电阻R1的一端接电容C，另一端接第四晶闸管T4的阳极，第四晶闸管T4的阴极接地，电容预充电支路用以给电容C预充电。
7.根据权利要求6所述的耦合电感限流型混合式直流断路器，其特征在于，所述泄能支路包括第三晶闸管T3，第三晶闸管T3的阳极连接到电容C、第二晶闸管T2和第一电阻R1三者的连接点，阴极连接到第一二极管D1和第二二极管D2的负极连接点。
8.根据权利要求7所述的耦合电感限流型混合式直流断路器，其特征在于，所述接地旁路支路包括相串联的第三电阻R3和第五晶闸管T5，第三电阻R3的一端接地，另一端接第五晶闸管T5的阳极，第五晶闸管T5的阴极接到第三二极管D3和第四二极管D4的正极连接点。
9.根据权利要求8所述的耦合电感限流型混合式直流断路器，其特征在于，所述负载转换开关LCS由两组带续流二极管的全控型器件IGBT反向串联构成，实现电流双向流通。
10.一种权利要求9所述的耦合电感限流型混合式直流断路器的应用方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种耦合电感限流型混合式直流断路器，其特征在于，包括主通流支路、桥式换向部分、电流转移部分、开断和耗能部分、限流部分、电容预充电支路、接地旁路支路、电感旁路支路和泄能支路，其中：
2.根据权利要求1所述的耦合电感限流型混合式直流断路器，其特征在于，所述电流转移部分包括第一晶闸管t1、第二晶闸管t2和电容c，其中第一晶闸管t1构成电流转移支路，第二晶闸管t2和电容c串联构成晶闸管辅助关断换流支路，所述电流转移支路和晶闸管辅助关断换流支路两者并联；第一晶闸管t1、第二晶闸管t2的阳极接第一二极管d1和第二二极管d2的负极连接点，第二晶闸管t2的阴极接电容c一端，第一晶闸管t1阴极、电容c另一端接第三二极管d3和第四二极管d4的正极连接点。
3.根据权利要求2所述的耦合电感限流型混合式直流断路器，其特征在于，所述开断和耗能部分包括相互并联的带续流二极管的全控型器件s1和金属氧化物避雷器mov，并联结构的一端接第一二极管d1和第二二极管d2的负极连接点，并联结构的另一端接限流部分。
4.根据权利要求3所述的耦合电感限流型混合式直流断路器，其特征在于，所述限流部分包括相串联的耦合电感和第二电阻r2，其中耦合电感的一侧电感l1和二侧电感l2的一对异名端相连，一侧电感l1另一端接到全控型器件s1的发射极和金属氧化物避雷器mov的连接点上，二侧电感l2另一端通过第二电阻r2连接第三二极管d3和第四二极管d4的正极连接点；二侧电感l2另一端还通过电感旁路支路接到全控型器件s1的发射极和金属氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋佳明，邸云飞，曹兵兵，虞国荣，
申请(专利权)人：法泰电器江苏股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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