一种高压混合式直流断路器制造技术

一种高压混合式直流断路器，由多个完全相同的断路器模块串联组成，每个断路器模块包括主电流电路，转移电流电路、过电压限制电路以及控制系统。其中，高速机械开关、转移电流电路以及过电压限制电路并联，转移电流电路由电路1-电路4组成。其中：转移电路支路14串联后与主电流电路并联；预充电电容和电路3串联后与电路4并联；电路2一端与主电流电路的左端相连，一端与预充电电容和电路3的连接点处相连。通过多个完全相同的混合式断路器模块的串联，能够提高应用电压等级，实现高电压系统的短路分断，并可通过控制部分断路器模块进行分闸动作实现高电压等级情况下的短路限流功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高压混合式直流断路器，特别涉及一种通过多个混合式直流断路器模块串联实现高电压等级领域的应用。
技术介绍
由高速机械开关与大功率半导体器件组成的混合式直流断路器具有通流容量大、关断速度快、限流能力强等优点，已经成为直流开断领域的研究热点。混合式直流断路器为了限制、分断高上升率短路电流，必须反应迅速、动作可靠，从而能够在短路故障发生初期切断故障电路。一般来说，功率半导体器件的动作速度极快，因而机械开关的反应速度成为制约混合式直流断路器开断性能的瓶颈。同时由于混合型直流断路器在切断短路电流时机械开关两端会出现大于系统电压的瞬态过电压，因此对于混合式直流断路器的转移电流电路提出了更高的要求，通过调整转移电流电路的拓扑结构控制短路情况下两端的电压上升速率，使高速机械开关触头间隙可以承受开断过程过产生的电压，保证可靠分断。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足或缺陷，本专利技术的目的在于提供一种高压混合式直流断路器及其控制方法。该断路器由多个完全相同的断路器模块组成，通过断路器模块控制转移电流电路的功率半导体器件按照一定时序导通，可以有效限制断路器两端的过电压上升速率，并且由于开断过程中电容电流经过了两次转移，断路器模块开断完成后预充电电容上的电压方向与动作前的预充电电压方向一致，省去了电容C的充电过程。同时，通过控制部分断路器模块分闸可以实现短路限流功能。<br>为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种高压混合式直流断路器，由多个完全相同的断路器模块串联组成，每个断路器模块包括主电流电路，转移电流电路、过电压限制电路以及控制系统。其中，高速机械开关FCB、转移电流电路以及过电压限制电路并联，转移电流电路由电路1-电路4组成。其中：转移电路支路14串联后与主电流电路并联；预充电电容和电路3串联后与电路4并联；电路2一端与主电流电路的左端相连，一端与预充电电容和电路3的连接点处相连。当所述转移电流电路两端的电压达到过电压限制电路的导通阈值时，过电压限制电路导通，使得主电流电路两端电压被限制在一定范围；所述控制系统监测主电流电路和转移电流电路中电路1的电流幅值和电流变化率，并根据监测结果控制断路器模块高速机械开关和转移电流电路中的电路1-电路4按照一定时序动作。通过混合式断路器模块的串联，不仅可以提高应用电压等级，同时各个断路器模块之间连接方便，可以根据实际系统电压要求调整断路器模块串联个数。本专利技术包含的断路器不仅可以实现高电压等级下的短路分断，而且可以通过控制部分断路器模块进行分闸动作实现高电压等级下的短路限流功能。具体的，本专利技术采用如下技术方案：一种高压混合式直流断路器，所述高压混合式直流断路器由n个完全相同的断路器模块1-断路器模块n串联组成，S1-Sn+1为n+1个断路器模块系统接入端，其中所述断路器模块包括主电流电路，转移电流电路、过电压限制电路、控制系统，以及系统接入端Si、Si+1，其中1≤i≤n，且主电流电路、转移电流电路以及过电压限制电路并联，其特征在于：(1)所述主电流电路由高速机械开关和功率半导体器件A0串联组成，其中：所述接入端Si连接所述高速机械开关的一端，以便实现所述接入端Si与所述主电流电路一端的连接；所述高速机械开关的另一端与所述功率半导体器件A0的一端相连；所述功率半导体器件A0的另一端则连接所述接入端Si+1，以便实现所述接入端Si+1与所述主电流电路的另一端的连接；(2)所述转移电流电路包括功率半导体器件A1组成的电路1，电感L_0和功率半导体器件A2串联组成的电路2，电感L_1和功率半导体器件A3串联组成的电路3，功率半导体器件A4组成的电路4以及一预先充有一定电压的预充电电容器C，并且所述电路1与所述电路4串联，所述电路2则与所述电路3串联，其中：(A)所述电路1和所述电路4串联组成转移电流电路支路14，且所述支路14与所述主电流电路并联，并且：所述接入端Si连接所述功率半导体器件A1的一端，以便实现与所述支路14的一端的连接；所述功率半导体器件A1的另一端则与所述功率半导体器件A4的一端连接以便实现所述电路1和所述电路4的串联；所述功率半导体器件A4的另一端则与所述接入端S2连接，以便实现所述支路14的另一端与所述接入端S2的连接，从而实现所述支路14与所述主电流电路的并联；(B)所述电路2和所述电路3串联组成转移电流电路支路23，且所述支路23与所述主电流电路并联，并且：所述接入端Si连接所述电感L_0的一端，以便实现与所述支路23的一端的连接；所述电感L_0的另一端则连接所述功率半导体器件A2的一端；所述功率半导体器件A2的另一端则连接所述电感L_1的一端，以便实现所述电路2与所述电路3的串联；所述电感L_1的另一端则与所述功率半导体器件A3的一端连接；所述功率半导体器件A3的另一端则与所述接入端S2连接，以便实现所述支路23的另一端与所述接入端Si+1的连接，从而实现所述支路23与所述主电流电路的并联；(C)所述电路1和所述电路4之间的端点，与所述电路2和所述电路3之间的端点，这两个端点之间则连接所述预充电电容器C；(3)所述控制系统测量流经所述接入端Si或Si+1的电流、流经所述主电流电路的电流、流经所述转移电流电路中所述电路1的电流、流经所述过电压限制电路的电流、所述高速机械开关的开关两端的电压和所述高速机械开关的开关位移，通过测量所述主电流电路的电流幅值和变化率以及所述转移电流电路中电路1的电流幅值和变化率控制所述高速机械开关和转移电流电路中的功率半导体器件A1至A4动作。其中，对于所述断路器模块，正常工作状态下，电流从所述主电流电路流过，所述预充电电容器C上充有一定的电压，且电压方向与所述主电流电路的导通压降方向相反；此时，所述转移电流电路中的电路1至电路4均处于关断状态，所述转移电流电路没有电流通过，所述过电压限制电路也没有电流流过；当系统需要进行开断时，所述控制系统首先控制所述主电流电路中的所述高速机械开关进行分闸动作，由于所述高速机械开关存在机械延时，此时所述高速机械开关触头仍处于闭合状态；然后通过测量所述主电流电路的电流幅值和变化率以及所述转移电流电路中所述电路1的电流幅值和电流变化率确定所述转移电流电路中功率半导体器件A1至A4是否动作以及相应的动作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压混合式直流断路器，所述高压混合式直流断路器由n个完全相同的断路器模块1?断路器模块n串联组成，S1?Sn+1为n+1个断路器模块系统接入端，其中所述断路器模块包括主电流电路，转移电流电路、过电压限制电路、控制系统，以及系统接入端Si、Si+1，其中l≤i≤n，且主电流电路、转移电流电路以及过电压限制电路并联，其特征在于：?(1)所述主电流电路由高速机械开关和功率半导体器件A0串联组成，其中：?所述接入端Si连接所述高速机械开关的一端，以便实现所述接入端Si与所述主电流电路一端的连接；?所述高速机械开关的另一端与所述功率半导体器件A0的一端相连；?所述功率半导体器件A0的另一端则连接所述接入端Si+1，以便实现所述接入端Si+1与所述主电流电路的另一端的连接；?(2)所述转移电流电路包括功率半导体器件A1组成的电路1，电感L_0和功率半导体器件A2串联组成的电路2，电感L_1和功率半导体器件A3串联组成的电路3，功率半导体器件A4组成的电路4以及一预先充有一定电压的预充电电容器C，并且所述电路1与所述电路4串联，所述电路2则与所述电路3串联，其中：?(A)所述电路1和所述电路4串联组成转移电流电路支路14，且所述支路14与所述主电流电路并联，并且：?所述接入端Si连接所述功率半导体器件A1的一端，以便实现与?所述支路14的一端的连接；?所述功率半导体器件A1的另一端则与所述功率半导体器件A4的一端连接以便实现所述电路1和所述电路4的串联；?所述功率半导体器件A4的另一端则与所述接入端S2连接，以便实现所述支路14的另一端与所述接入端S2的连接，从而实现所述支路14与所述主电流电路的并联；?(B)所述电路2和所述电路3串联组成转移电流电路支路23，且所述支路23与所述主电流电路并联，并且：?所述接入端Si连接所述电感L_0的一端，以便实现与所述支路23的一端的连接；?所述电感L_0的另一端则连接所述功率半导体器件A2的一端；?所述功率半导体器件A2的另一端则连接所述电感L_1的一端，以便实现所述电路2与所述电路3的串联；?所述电感L_1的另一端则与所述功率半导体器件A3的一端连接；?所述功率半导体器件A3的另一端则与所述接入端S2连接，以便实现所述支路23的另一端与所述接入端Si+1的连接，从而实现所述支路23与所述主电流电路的并联；?(C)所述电路1和所述电路4之间的端点，与所述电路2和所述电路3之间的端点，这两个端点之间则连接所述预充电电容器C；?(3)所述控制系统测量流经所述接入端Si或Si+1的电流、流经所述主电流电路的电流、流经所述转移电流电路中所述电路1的电?流、流经所述过电压限制电路的电流、所述高速机械开关的开关两端的电压和所述高速机械开关的开关位移，通过测量所述主电流电路的电流幅值和变化率以及所述转移电流电路中电路1的电流幅值和变化率控制所述高速机械开关和转移电流电路中的功率半导体器件A1至A4动作。...

【技术特征摘要】
1.一种高压混合式直流断路器，所述高压混合式直流断路器由n个完全相同的断路器模块1-断路器模块n串联组成，S1-Sn+1为n+1个断路器模块系统接入端，其中所述断路器模块包括主电流电路，转移电流电路、过电压限制电路、控制系统，以及系统接入端Si、Si+1，其中l≤i≤n，且主电流电路、转移电流电路以及过电压限制电路并联，其特征在于： 
(1)所述主电流电路由高速机械开关和功率半导体器件A0串联组成，其中： 
所述接入端Si连接所述高速机械开关的一端，以便实现所述接入端Si与所述主电流电路一端的连接； 
所述高速机械开关的另一端与所述功率半导体器件A0的一端相连； 
所述功率半导体器件A0的另一端则连接所述接入端Si+1，以便实现所述接入端Si+1与所述主电流电路的另一端的连接； 
(2)所述转移电流电路包括功率半导体器件A1组成的电路1，电感L_0和功率半导体器件A2串联组成的电路2，电感L_1和功率半导体器件A3串联组成的电路3，功率半导体器件A4组成的电路4以及一预先充有一定电压的预充电电容器C，并且所述电路1与所述电路4串联，所述电路2则与所述电路3串联，其中： 
(A)所述电路1和所述电路4串联组成转移电流电路支路14，且所述支路14与所述主电流电路并联，并且： 
所述接入端Si连接所述功率半导体器件A1的一端，以便实现与 所述支路14的一端的连接； 
所述功率半导体器件A1的另一端则与所述功率半导体器件A4的一端连接以便实现所述电路1和所述电路4的串联； 
所述功率半导体器件A4的另一端则与所述接入端S2连接，以便实现所述支路14的另一端与所述接入端S2的连接，从而实现所述支路14与所述主电流电路的并联； 
(B)所述电路2和所述电路3串联组成转移电流电路支路23，且所述支路23与所述主电流电路并联，并且： 
所述接入端Si连接所述电感L_0的一端，以便实现与所述支路23的一端的连接； 
所述电感L_0的另一端则连接所述功率半导体器件A2的一端； 
所述功率半导体器件A2的另一端则连接所述电感L_1的一端，以便实现所述电路2与所述电路3的串联； 
所述电感L_1的另一端则与所述功率半导体器件A3的一端连接； 
所述功率半导体器件A3的另一端则与所述接入端S2连接，以便实现所述支路23的另一端与所述接入端Si+1的连接，从而实现所述支路23与所述主电流电路的并联； 
(C)所述电路1和所述电路4之间的端点，与所述电路2和所述电路3之间的端点，这两个端点之间则连接所述预充电电容器C； 
(3)所述控制系统测量流经所述接入端Si或Si+1的电流、流经所述主电流电路的电流、流经所述转移电流电路中所述电路1的电 流、流经所述过电压限制电路的电流、所述高速机械开关的开关两端的电压和所述高速机械开关的开关位移，通过测量所述主电流电路的电流幅值和变化率以及所述转移电流电路中电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣命哲，吴益飞，纽春萍，吴翊，杨飞，孙昊，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：