[發明專利]一種模塊化級聯直流斷路器的拓撲結構及其控制方法

在審

• 申請號: 202111138170.2
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113889967A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 任宇
• 申請（專利權）人: 任宇
• 主分類號: H02H3/087
• 分類號: H02H3/087;H02H3/05
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 冷錦超;崔浩

1.一種模塊化級聯直流斷路器的拓撲結構，其特征在于：包括級聯分斷子串單元、振蕩抑制單元、功率連接單元，所述級聯分斷子串單元的輸出端連接振動抑制單元后接入功率連接單元的正極功率端子；

所述級聯分斷子串單元的輸入端連接外部的驅動單元，驅動單元由總控制系統通過控制線束進行供電和控制；

所述級聯分斷子串單元的輸入端的負極功率端子連接功率連接單元的負極功率端子。

2.根據權利要求1所述的一種模塊化級聯直流斷路器的拓撲結構，其特征在于：所述級聯分斷子串單元由n個級聯的分斷子模塊組成，其中與驅動單元直接相連的分斷子模塊為主動控制模塊，其余n-1個分斷子模塊為從動模塊，其中n大于等于2。

3.根據權利要求2所述的一種模塊化級聯直流斷路器的拓撲結構，其特征在于：所述分斷子模塊均包括四個端子，其中輸入端包括一個驅動端子和一個功率端子，輸出端包括一個驅動端子和一個功率端子，相鄰兩個分斷子模塊的功率端子相連、驅動端子相連；

其中，作為主動控制模塊的分斷子模塊的輸入端的功率端子和驅動端子分別通過導線與驅動單元相連。

4.根據權利要求2所述的一種模塊化級聯直流斷路器的拓撲結構，其特征在于：所述分斷子模塊內的負載電流流通和短路電流分斷的核心元件為硅基、碳化硅基或氮化鎵基全控型功率半導體器件，功率半導體器件與由電阻、電容、二極管、壓敏電阻組成的外圍電路相連，通過外圍電路實現分斷子模塊的開通關斷控制及動態、靜態的電壓均衡。

5.根據權利要求1所述的一種模塊化級聯直流斷路器的拓撲結構，其特征在于：所述振蕩抑制單元由單個或多個二極管級聯組成的組串構成；

所述振蕩抑制單元中的二極管陰極與級聯分斷子串單元相連，振蕩抑制單元中的二極管陽極與功率連接單元的正極功率端子相連。

6.一種模塊化級聯直流斷路器的控制方法，其特征在于：所述功率連接單元作為對外接口，串行連接入直流系統中，所述直流斷路器的控制步驟如下；

當直流系統處于正常工作狀態時，直流系統的控制單元發出高電平控制級聯分斷子串單元中的功率半導體器件保持導通，負載電流通過功率連接單元中的正極流入固態直流斷路器，進而流過級聯分斷子串單元中功率器件溝道內；

當直流系統檢測到短路故障發生后，總控制系統向驅動單元發出關斷信號，驅動單元的輸出控制端子兩端的驅動電平由高變低，進而控制級聯分斷子串單元執行短路電流分斷操作；

當短路能量完全被吸收后，級聯分斷子串單元中的功率半導體器件處于關斷狀態，直流斷路器處于斷開狀態；

當短路故障解除后，總控制系統控制驅動單元的的輸出控制端子兩端的驅動電平由低變高，控制級聯分斷子串單元總的功率器件開通，負載電流流過振蕩抑制單元中的二極管及級聯分斷子串單元中的功率半導體器件導通溝道，直流斷路器處于導通狀態。

7.一種模塊化級聯直流斷路器的控制方法，其特征在于：所述直流斷路器與機械開關和第一功率半導體開關、第二功率半導體開關組成的輔助支路并聯構成混合式直流斷路器，其中混合式直流斷路器的結構為：直流斷路器的負極功率端子串聯第二功率半導體開關作為主路，機械開關串聯第一功率半導體開關作為導通支路，主路與導通支路并聯后的兩端連接直接輸配電系統，所述混合式直流斷路器的控制步驟如下；

當直流系統處于正常工作狀態時，負載電流流過機械開關與第一功率半導體開關組成的導通支路，此時，直流斷路器拓撲中的級聯分斷子模塊處于斷開狀態，第二功率半導體開關處于斷開狀態；

當直流系統發生短路故障，總控制系統控制直流斷路器拓撲中的級聯分斷子模塊開通，同時第二功率半導體開關也受控開通，在直流斷路器拓撲和第二功率半導體開關完全開通后，第一功率半導體開關受控關斷，將短路電流轉移至直流斷路器拓撲，待電流轉移完畢后，關斷機械開關，開通第一功率半導體開關，混合式直流斷路器準備分斷短路電流；

總控制系統向驅動單元發出短路電流分斷指令，直流斷路器拓撲中的級聯分斷子串單元執行短路電流分斷操作。