[發明專利]一種混合式直流斷路器拓撲結構及其控制方法

在審

• 申請號: 201810031759.4
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108597926A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 王輝;韓國慶;郝全睿
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01H9/54
• 分類號: H01H9/54;H02H7/22;H02H9/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

1.一種混合式直流斷路器拓撲結構，其特征是，所述直流斷路器包括：

機械開關支路，由快速機械開關和輔助換流開關串聯組成，所述快速機械開關具有零電流狀態下快速分斷電路的功能，所述輔助換流開關實現電流的雙向流動；

二極管組，包括二極管橋臂D₁～D₄及接地二極管組D₅，所述二極管橋臂分兩組均并聯在機械開關支路上，所述兩組二極管橋臂之間連接有固態開關支路；

固態開關支路，由子模塊串聯組成，每個子模塊由一個帶有反并聯二極管的IGBT、一個二極管、一個電容和一個電阻組成，電阻并聯在電容兩端；

限壓吸能支路，并聯在固態開關支路的兩端，用于限制直流斷路器在切除故障電流過程中產生的瞬態過電壓；及吸收限流電感和線路電感中儲存的能量；

所述直流斷路器還包括設置在固態開關支路及二極管橋臂D₁及D₂之間的T₁，為一個帶有反并聯二極管的IGBT，用來配合快速機械開關進行合閘操作。

2.如權利要求1所述的一種混合式直流斷路器拓撲結構，其特征是，所述直流斷路器還包括分別安裝在直流斷路器兩端的電感L₁和L₂，所述電感L₁和L₂為限流電感L平均分成的兩部分。

3.如權利要求1所述的一種混合式直流斷路器拓撲結構，其特征是，所述快速機械開關是帶有輕量級觸點系統的隔離開關，采用Thomsm傳動裝置加快了分斷速度，同時采用了六氟化硫作為絕緣介質，增加了觸頭間的絕緣強度，其開斷時間為2ms；

所述輔助換流開關由兩個反向串聯的壓接式IGBT構成，以便實現電流的雙向流動。

4.如權利要求1-3任一所述的一種混合式直流斷路器拓撲結構的控制方法，其特征是，包括切除短路故障步驟，具體為：

假設系統正常運行時電流從直流斷路器左側流向右側，短路故障發生在斷路器右端，將斷路器左側稱為非故障側，右側稱為故障側；

第一階段(t₀～t₁):t₀時刻發生短路故障，此階段的時間用于故障檢測和邏輯判斷，故障電流逐漸上升；

第二階段(t₂～t₃)：t₂時刻，首先導通固態開關支路各個子模塊中的IGBT和T₁，然后關斷機械開關支路中的輔助換流開關，迫使故障電流迅速換流至固態開關支路；

第三階段(t₃～t₄)：t₃時刻，當流過超快速機械開關支路電流為零時，發出機械開關分閘信號，快速機械開關經過一定的機械延時后觸頭開始分離；

第四階段(t₃～t₄)：t₃時刻，快速機械開關分斷完成，關斷固態開關支路各個子模塊中的IGBT，T₁仍然處于導通狀態，故障電流開始給電容充電；

第五階段(t₄～t₅)：t₄時刻，各個子模塊電容電壓之和即避雷器兩端的電壓達到限壓吸能支路的動作電壓；

第六階段(t₅～t₆)：t₅時刻，電容電流下降為零，各個子模塊電容電壓之和以及避雷器兩端的電壓達到避雷器的保護水平，故障電流完全轉移至限壓吸能支路。

5.如權利要求4所述的一種混合式直流斷路器拓撲結構的控制方法，其特征是，所述第二階段中，快速機械開關處于閉合狀態，輔助換流開關T₀所承受的電壓即為機械開關支路兩端的電壓，由于固態開關支路中的IGBT導通，因此輔助換流開關T₀所承受的電壓為固態開關支路的導通壓降與二極管橋臂D₁和D₃的導通壓降之和。