一种高压直流断路器拓扑制造技术

一种高压直流断路器拓扑，由第一电流通路（1）和第二电流通路（2）组成。第一电流通路（1）由至少一个电力电子开关模块（3）和机械开关（4）串联组成，第二电流通路（2）由电容组（C）和级联型电容子单元投切模块（5）组成。级联型电容子单元投切模块（5）由多个子单元（6）串联组成。电力电子开关模块（3）与模块化子单元串联部分（5）的子单元（6）有多种构成方式。第一电流通路（1）的第一引出端子与第二电流通路（2）的第一引出端子连接作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线路连接，第一电流通路（1）的第二引出端子与第二电流通路（2）的第二引出端子作为直流断路器的第二引出端子与直流输电线的另一端连接。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种高压直流断路器拓扑，由第一电流通路（1）和第二电流通路（2）组成。第一电流通路（1）由至少一个电力电子开关模块（3）和机械开关（4）串联组成，第二电流通路（2）由电容组（C）和级联型电容子单元投切模块（5）组成。级联型电容子单元投切模块（5）由多个子单元（6）串联组成。电力电子开关模块（3）与模块化子单元串联部分（5）的子单元（6）有多种构成方式。第一电流通路（1）的第一引出端子与第二电流通路（2）的第一引出端子连接作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线路连接，第一电流通路（1）的第二引出端子与第二电流通路（2）的第二引出端子作为直流断路器的第二引出端子与直流输电线的另一端连接。【专利说明】一种高压直流断路器拓扑
本专利技术涉及一种断路器，具体涉及一种直流断路拓扑。
技术介绍
快速直流断路器是保证直流输配电系统和直流电网系统稳定安全可靠运行的关键设备之一。与交流系统所不同的是，直流系统的电流并不存在自然过零点，因此直流系统中无法像交流系统一样利用电流的自然过零点关断，因此直流电流的开断问题一直是一个值得研究的课题。目前开断直流电流通常有两种方式，第一种是纯电力电子断路器，如专利CN102870181A，利用大功率可关断电力电子器件，直接分断直流电流。利用这种原理制造的固态断路器，在时间上虽然可以满足多端柔性直流系统的要求，但在正常导通时的损耗过大，经济性较差。第二种是混合断路器技术，即在传统的交流机械断路器的基础上，通过增加辅助的电力电子电路，投入限流电阻以降低短路电流或在开断弧间隙的直流电流上叠加振荡电流，利用电流过零时开断电路。利用这种原理制造的混合式断路器，其对机械开关有特殊要求，在分断时间上较难满足直流输电系统的要求。西门子公司的专利(W02013/093066A1)提出的一种混合断路器技术，在主通路上串联机械开关和电力电子全控器件，另一条旁路由电容组成，当检测到故障电流时，主通路上电力电子全控器件断开，机械开关也开始开断，故障电流向旁路旁路电容充电，这种电路的旁路电容不能取值过小，否则机械开关尚未完全打开，若旁路电容在故障电流充电下电压上升过快会超过机械开关和电力电子器件承受电压等级。然而电容值取值大时，开断速度就会受到影响。ABB公司的专利(W02011141054A1)提出的一种混合断路器技术，在主通路上串联机械开关和电力电子全控器件，另一条旁路由避雷器和压接IGBT并联组成，当检测到故障电流时，旁路上的压接IGBT全部导通，之后主通路上的电力电子全控器件断开，机械开关也开始关断，等到机械开关完全关断后，压接IGBT关断，避雷器接入电路抑制短路电流，这种断路器开断速度较快，但是整个旁路的压接IGBT承受电压之和必须要大于直流输电线路初始电压，这需要大量压接IGBT串联，造成整个直流断路器的成本较高。并且上述两种专利主回路都必须采用全控开关器件与机械开关串联，导致正常时仍然会有较大的导通损耗。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提出一种混合式直流断路器。本专利技术具有整体成本低，稳态运行时损耗小的特点，必要时可用半控器件代替初始电流通路上的全控器件，降低正常运行损耗。出现短路故障时本专利技术无电弧切断，响应迅速。本专利技术采用的技术方案为:一种混合直流断路器，其特征在于:所述的直流断路器由第一电流通路和第二电流通路组成。第一电流通路的第一引出端子与第二电流通路的第一引出端子连接作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线路连接，第一电流通路I的第二引出端子与第二电流通路的第二引出端子连接，作为直流断路器的第二引出端子与直流输电线的另一端连接。所述的直流断路器另一种连接方式为:第一电流通路的第一引出端子与第二电流通路的第一引出端子连接后可以与电感一端连接，电感的另一端作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线路连接，第一电流通路I的第二引出端子与第二电流通路的第二引出端子连接后也可以与电感一端连接，电感的另一端作为直流断路器的第二引出端子与直流输电线的另一端连接。第一电流通路由电力电子开关模块和机械开关串联组成。所述的机械开关模块包括至少一个机械开关串联组件，所述的电力电子开关模块包括至少一个的电力电子器件串联组件。机械开关模块的一端与电力电子开关模块的一端连接，机械开关模块的另一端作为第一电流通路的第一引出端子，与直流输电线路连接；电力电子开关模块的另一端作为第一电流通路的第二引出端子，与第二电流阻断通路的第二引出端子连接作为直流断路器的第二引出端子。第二电流通路由电容单元和级联型电容子单元投切模块串联组成。所述的第二电流通路的电容单元的一端与级联型电容子单元投切模块的第一引出端子连接，第二电流通路的电容单元的另一端作为第二电流通路的第一引出端子与电感一端连接，第二电流通路的级联型电容子单元投切模块的另一端作为第二电流通路的第二引出端子与第一电流通路的第二引出端子连接。所述的第一电流通路的电力电子开关模块可以由一个或多个全控型器件组成。也可以由两组全控型器件反向串联组成，每组全控型器件由一个或多个全控型器件串联组成。所述的第一电流通路的电力电子开关模块也可以由一个或多个半控型器件组成。所述的第二电流通路的电容单元由一个或多个电容器串联并联组成。也可以由电力电子全控器件，二极管和一个和多个电容组成，从而具备双向预充电和双向接入电流通路放电的能力。当第一电流通路的电力电子模块采用一个或多个半控型器件串联时，所述的第二电流通路的电容单元两端也可以并联预充电装置，从而能够在故障时放电，使第一电流通路上的电流迅速转移至第二电流通路。从而给第一电流通路的半控型器件串联型电力电子模块创造过零关断条件。所述的级联型电容子单元投切模块中的子单元有多种结构组成方式，第一类型子单元由电容组，二极管组和全控型器件组组成。电容组的一端与二极管组的阴极连接，电容组的另一端与全控型器件组的发射极连接，作为第一类型子单元的第二引出端子引出，二极管组的阳极与全控型器件组的集电极连接，作为第一类型子单元的第一引出端子。所述的二极管组由一个或多个二极管串联组成，所述的全控型器件组由一个或多个全控型器件串联组成，所述的电容组由一个或多个电容串并联组成。第二类型子单元由电容组，第一二极管组，第二二极管组，第一全控型器件组，以及第二全控型器件组组成。第一二极管组的阴极与第二二极管组的阴极连接然后与电容组的一端连接，第一全控型器件组的发射极与第二全控型器件组连接然后与电容组的另一端连接，第一二极管组的阳极与第一全控型器件组的集电极连接作为第二类型子单元的第一引出端子，第二二极管组的阳极与第二全控型器件组的集电极连接作为第二类型子单元的第二引出端子。所述的二极管组由一个或多个二极管串联组成，所述的全控型器件组由一个或多个全控型器件串联组成，所述的电容组由一个或多个电容串并联组成。所述的第二类型第一二极管组与第一全控型器件组位置可以调换，第二二极管组与第一全控型器件组的位置也可以调换。第三类型子单元由电容组，第一全控型器件组，第二全控型器件组77，反向串联全控型器件组。第一全控型器件组的集电极与电容组的一端连接，电容组的另一端与第二全控型器件组的集电极连接，第二全控型器件组的发射极与反向串联全控型器件组的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压直流断路器拓扑，其特征在于：所述的直流断路器由第一电流通路（1）和第二电流通路（2）组成；第一电流通路（1）的第一引出端子与第二电流通路（2）的第一引出端子连接，作为直流断路器的第一引出端子与直流输电线路连接；第一电流通路（1）的第二引出端子与第二电流通路（2）的第二引出端子连接，作为直流断路器的第二引出端子与直流输电线的另一端连接；所述的第一电流通路（1）由电力电子开关模块（3）和机械开关（4）串联组成；所述的机械开关模块（3）包括至少一个机械开关串联组件；所述的电力电子开关模块（3）包括至少一个电力电子器件串联组件；机械开关模块（4）的一端与电力电子开关模块（3）的一端（10）连接，机械开关模块（4）的另一端作为第一电流通路（1）的第一引出端子与直流输电线路连接；电力电子开关模块（3）的另一端作为第一电流通路（1）的第二引出端子，与第二电流阻断通路（2）的第二引出端子连接作为直流断路器的第二引出端子；第二电流通路（2）由电容单元（C）和级联型电容子单元投切模块（5）串联组成；所述的电容单元（C）的一端与级联型电容子单元投切模块（5）的第一引出端子连接，电容单元（C）的另一端作为第二电流通路（2）的第一引出端子与电感（L）的一端（7）连接，第二电流通路（2）的级联型电容子单元投切模块（5）的另一端作为第二电流通路（2）的第二引出端子与第一电流通路（1）的第二引出端子连接；所述的第一电流通路的电力电子开关模块（3）由一个或多个全控型器件串联组成；所述的第二电流通路（2）的电容单元（C）由至少一个的电容串联或并联组成。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晋，韦统振，肖立业，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11