基于电力电子复合开关的限流式混合直流断路器制造技术

本实用新型专利技术公开一种基于电力电子复合开关的限流式混合直流断路器。本实用新型专利技术包括机械开关、电力电子复合开关、缓冲电路、限流电路以及续流二极管。所述的机械开关主要用于通过直流线路的正常工作电流；电力电子复合开关与机械开关并联，包括IGBT阀组T1及晶闸管组T2；缓冲电路与电力电子复合开关并联，包括电容CT、第一电阻RT及第一二极管DT，用于限制线路分断时电力电子复合开关两端的电压上升率；限流电路与机械开关串联，包括电感L、第二电阻RL及第二二极管DL；续流二极管与直流负载反并联，在线路开断后用于线路电感及负载能量的续流。本实用新型专利技术采用的故障预处理控制策略，能显著缩短故障发生后线路开断的时间。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开一种基于电力电子复合开关的限流式混合直流断路器。本技术包括机械开关、电力电子复合开关、缓冲电路、限流电路以及续流二极管。所述的机械开关主要用于通过直流线路的正常工作电流；电力电子复合开关与机械开关并联，包括IGBT阀组T1及晶闸管组T2；缓冲电路与电力电子复合开关并联，包括电容CT、第一电阻RT及第一二极管DT，用于限制线路分断时电力电子复合开关两端的电压上升率；限流电路与机械开关串联，包括电感L、第二电阻RL及第二二极管DL；续流二极管与直流负载反并联，在线路开断后用于线路电感及负载能量的续流。本技术采用的故障预处理控制策略，能显著缩短故障发生后线路开断的时间。【专利说明】基于电力电子复合开关的限流式混合直流断路器
本技术涉及一种直流断路器，尤其是一种基于电力电子复合开关的限流式混合直流断路器。
技术介绍
面对经济社会的快速发展，用户对电力系统提出了更加环境友好、更加安全可靠、更加优质经济并支持用户与电网双向互动等诸多要求。研究资料表明，基于直流的配电网具有比现有交流配电网更好的性能，研究兼具可靠性、安全性、稳定性、经济性的直流配电网具有巨大的市场价值和经济价值，对于提高我国电力系统的安全性、经济性、稳定性与灵活性，建立环保、高效的智能电力系统有着重要的意义。然而，制约柔性直流配电网研究与应用的技术瓶颈之一，就是缺乏实用的高压直流断路器。因此，研发新型直流断路器，提高直流断路器容量，已经成为当前直流断路器发展的目标，也是目前我国电力系统安全稳定运行和电力建设、发展迫切需要解决的实际问题。由于直流电流不存在过零点，因而直流电弧的熄灭比交流电弧困难得多。目前，直流断路器的设计方案主要可分为机械断路器与固态断路器两大类。虽然近几年直流断路器技术已经有了长足的进步，但从目前的研究情况来看，大多数科研机构对于直流断路器的研究还基本处于样机试制和验证阶段，容量较小且集中在一些特殊的领域，无法投入工程应用。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于电力电子复合开关的限流式混合直流断路器，同时提供了其采用的故障预处理控制策略，不仅能在直流系统正常工作时控制直流线路的通断，还能在直流电路发生短路故障时开断短路电流，并显著缩短故障发生后线路开断的时间。本技术所述的基于电力电子复合开关的限流式混合直流断路器，包括直流电源、机械开关、电力电子复合开关、缓冲电路、限流电路、续流二极管、直流负载。机械开关仅包括一个机械开关S，续流二极管仅包括一个续流二极管D。直流电源的正极分别与机械开关S —端、电力电子复合开关的正端、缓冲电路一端相连接，负极分别与续流二极管D阳极以及直流负载一端相连接，机械开关S另一端分别与电力电子复合开关负端、缓冲电路另一端、限流电路一端相连接，限流电路另一端分别与续流二极管D阴极以及直流负载另一端相连接。电力电子复合开关包括IGBT 阀组 T1 (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)和晶闸管组T2，IGBT阀组T1的集电极为电力电子复合开关的正端，与机械开关S —端相连接，IGBT阀组T1的发射极与晶闸管组T2的阳极串联，晶闸管组T2的阴极为电力电子复合开关的负端，与机械开关S另一端相连。IGBT阀组T1是由多个IGBT串联、并联或串并联组合而成；晶闸管组T2是由多个晶闸管串联、并联或串并联组合而成。缓冲电路包括电容Ct、第一电阻Rt和第一二极管Dt,第一电阻Rt —端分别与第一二极管Dt阴极、电容Ct 一端相连接,第一电阻Rt另一端分别与第一二极管Dt阳极、电力电子复合开关的正端相连接，电容Ct另一端与电力电子复合开关的负端相连接。限流电路包括电感L、第二电阻&、第二二极管队，第二电阻& 一端与第二二极管Dl阳极串联，第二二极管^阴极分别与电感L 一端以及电力电子复合开关的负端相连接，第二电阻&另一端分别与电感L另一端以及续流二极管D阴极相连接。本技术工作过程如下:当短路故障发生或线路需要开断时，同时向机械开关与电力电子复合开关发出动作指令，令机械开关分闸、电力电子复合开关闭合，此时限流电路中的电感L阻碍短路电流的上升，由于机械开关的通态电阻远小于电力电子复合开关，电力电子复合开关仍处于关断状态。机械开关开始起弧，当机械开关两端电压达到电力电子复合开关的导通电压时，电力电子复合开关导通，流经机械开关的短路电流逐渐转移至电力电子复合开关部分，机械开关等效电阻逐渐增大，机械开关断开。此时对电力电子复合开关发出关断信号，电力电子复合开关断开，线路上的短路电流迅速下降，限流电路中的电感L感应产生反电势，使第二二极管^导通，电感L被旁路，其中的能量经第二二极管^与第二电阻&释放，从而避免与缓冲电路电容Ct串联引起的震荡；直流负载中的能量则经续流二极管D续流释放，短路故障被切除。另外，本技术采用一种故障预处理控制策略，即“预关断一关断(或恢复)”策略。当线路电流变化率超出设定值，直流系统电流瞬时值尚未超出阈值时，判定为故障即将发生，开始进行“预关断”过程，即立即开始将线路电流换流至电力电子复合开关回路，并开始计时。继续检测线路电流瞬时值，若在设定时间内电流值超出阈值，则判定为故障发生，直接向电力电子复合开关发出关断信号，继续完成断路器关断流程；若在设定时间内电流值始终未超出阈值，则重新将线路电流换流至机械开关回路，直流断路器恢复正常运行。 本技术的有益效果在于:本技术其负载侧具有续流二极管D，在直流线路分断后为直流线路及负载中储存的能量提供释放回路，操作安全；其电力电子复合开关由IGBT及晶闸管串(并)联构成，有效降低开关管串(并)联个数及技术难度；将限流电路、机械开关、电力电子复合开关结合，限流电路与开关部分串联，结构简单，分段速度快，达到限制直流线路短路电流上升率、避免线路电压电流震荡、有效开断直流线路短路电流的目的；采用一种故障预处理控制策略，显著缩短故障发生后线路开断的时间。本技术为解决直流线路短路电流开断问题提供了一套安全、高效、方便的方法。【专利附图】【附图说明】图1是本技术的原理结构示意图；图2是本技术中开断过程波形图；图3是本技术中能量释放过程等效电路图；图4是本技术中各无源元件及复合开关的能量释放过程波形示意图；图5是本技术中IGBT阀组与晶闸管阀组分压关系调整方法示意图；图6是本技术中故障预处理控制策略示意图；图7是本技术中仿真电路图；图8是本技术中开断过程仿真波形图；机械开关S、IGBT阀组T1、晶闸管组T2、电容Ct、第一电阻Rt、第二电阻&、线路电阻Rs、负载电阻R、第一二极管Dt、第二二极管^、续流二极管D、电感L、线路电感Ls、机械开关(电力电子复合开关)两端电压VS、IGBT阀组电压Vn、晶闸管组电压Vt2、机械开关电流is、电力电子复合开关电流iT、缓冲电路电容电流ic、限流电路电感电流1、限流电路二极管电流im、续流二极管电流iD、直流线路短路电流1、直流电源电压Vd。、线路正常工作电流iw、ti时刻至t7时刻所经过的时间t17、阶段I所经历的时间t本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于电力电子复合开关的限流式混合直流断路器，其特征是包括直流电源（1）、机械开关（2）、电力电子复合开关（3）、缓冲电路（4）、限流电路（5）、续流二极管（6）和直流负载（7）；机械开关（2）包括一个机械开关S，续流二极管（6）包括一个续流二极管D，直流电源（1）的正极分别与机械开关S一端、电力电子复合开关（3）的正端以及缓冲电路（4）一端相连接，负极分别与续流二极管D阳极以及直流负载（7）一端相连接，机械开关S另一端分别与电力电子复合开关（3）负端、缓冲电路（4）另一端以及限流电路（5）一端相连接，限流电路（5）另一端分别与续流二极管D阴极以及直流负载（7）另一端相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江道灼，郑欢，吴兆麟，张弛，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：