[發明專利]一種具有選擇性保護功能的混合式斷路器

有效

• 申請號: 201210498249.0
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN103001614A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 紐春萍;孫昊;楊飛;榮命哲;吳翊;吳益飛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H03K17/08
• 分類號: H03K17/08
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及一種具有選擇性保護功能的混合式斷路器，特別涉及一種通過控制混合式斷路器固態開關電路中的電力電子門極可關斷器件輪流導通和關斷系統實現選擇性保護功能的斷路器。

背景技術

由于高壓直流輸電系統短路電流上升非常快，其峰值在4ms內就會達到約100kA，傳統的機械開關已遠遠不能滿足開斷要求。隨著電力電子技術的不斷發展，近年來，基于高速機械開關和電力電子器件固態開關的混合式斷路器成為直流開斷的研究熱點。由于高壓直流開斷要求在很短時間內完成整個開斷過程，一般短路電流轉移至轉移支路后斷路器兩端電壓迅速上升，當能量吸收電路全部導通時，高速開關兩端電壓約為系統電壓的1.5倍。但是，目前混合式開斷在高速機械開關方面依舊存在缺陷，其高速機構運動速度存在限制，無法在很短時間內打開足夠開距，承受系統過電壓，因此高壓應用場合并不滿足要求。如何在電流轉移至固態開關電路后在混合式斷路器兩端建立一定的壓降限制短路電流上升，同時又要兼顧高速機械開關的擊穿特性已經成為制約混合式斷路器發展的一個重要因素。

同時，建立多端直流系統，通過直流聯網，實現多電源供電、多落點受電已經成為高壓直流輸電技術的必然趨勢。多端直流輸電工程采用的控制和保護技術與傳統的交流輸電以及點對點直流輸電存在很大的不同，由于其電壓等級高，短路電流上升速率高，系統安全要求各級斷路器分斷過程有必要的延時保護，即在限制短路電流上升的同時不開斷電流，因此固態開關電路兩端需維持一定電壓。而固態開關電路一般由電力電子門極可關斷器件以及功率半導體器件組成，其持續通流時間及通流能力有限。

發明內容

針對上述現有技術存在的不足或缺陷，本發明的目的在于提供一種具有選擇性保護功能的混合式斷路器，在開斷過程中限制短路電流上升，實現短路延時保護。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種具有選擇性保護功能的混合式斷路器，包括：高速真空開關，所述高速真空開關用于快速分斷電路，并且建立一定的擊穿強度承受開斷過程中的系統過電壓；固態開關電路；能量吸收電路；緩沖電路，所述緩沖電路延緩電流從所述固態開關電路向所述能量吸收電路的轉移；以及控制電路，所述控制電路分別控制高速真空開關和固態開關電路的導通與斷開；高速真空開關、固態開關電路、緩沖電路、能量吸收電路通過并聯形式連接。這樣通過在混合式斷路器開斷過程中在能量吸收電路兩端建立一定電壓，抑制系統短路電流上升實現混合式斷路器的選擇性保護功能。

附圖說明

圖1是本發明整體結構示意圖；

圖2是根據本發明的一個示例性的電流從高速真空開關（FVB）向固態開關電路轉移示意圖；

圖3是根據本發明的一個示例性的實現選擇性保護的原理圖；

圖4是電力電子門極可關斷器件流導通過程中電壓下降延遲時間示意圖；

圖5是根據本發明的一個示例性的選擇性保護過程中斷路器的電壓和電流波形圖；

圖6是根據本發明的一個示例性的控制電路的框圖。

具體實施方式

參見圖1，根據本發明的一種具有選擇性保護功能的混合式斷路器包括高速真空開關FVB(Fast-opening?Vacuum?Break)、固態開關電路、緩沖電路、能量吸收電路以及控制電路，高速真空開關、固態開關電路、緩沖電路、能量吸收電路通過并聯形式連接。其中固態開關電路包括通過串并聯形式組合或者與晶閘管組合使用的多個電力電子門極可關斷器件，其中電力電子門極可關斷器件可以為IGCT、IGBT或者GTO。緩沖電路可以使得電流從固態開關電路向能量吸收電路的轉移過程存在一定的延遲時間，從而限制轉移過程過電壓，作為一個示例，緩沖電路可以為電容。能量吸收電路能夠吸收短路電流的能量，并在固態開關電路建立起一定的電壓，作為一個示例，能量吸收電路由氧化鋅閥片組成的金屬氧化物避雷器MOV或者具有正溫度系數的PTC材料組成。控制電路能夠監測系統中的電流幅值和電流變化率，并能夠分別控制高速真空開關和固態開關電路導通與斷開。