本發(fā)明涉及一種直流斷路器，屬于高壓直流輸電領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

直流斷路器是直流輸電工程所需的核心部件之一，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直接影響直流斷路器的性能和成本，直流斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究對(duì)直流電路器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)具有重要意義。

2012年ABB公司研制出的混合式高壓直流斷路器原理拓?fù)?，如圖1，該電路由一條通流支路和一條開斷支路并聯(lián)構(gòu)成，其中的固態(tài)開關(guān)全部由閥組串聯(lián)構(gòu)成，還包括并聯(lián)的耗能元件，即避雷器等。

目前，ABB公司的混合式直流斷路器研發(fā)最具代表性，據(jù)公布的技術(shù)文件，針對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)ABB公司研制了由多個(gè)IGBT閥組串并聯(lián)組成的混合式直流斷路器，其開斷能力為8KA，可運(yùn)用于320KV的高壓直流輸電系統(tǒng)之中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種新的直流斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用于解決橋式拓?fù)涞拈_關(guān)管數(shù)量多的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：

一種直流斷路器，包括并聯(lián)的三條通流支路和兩條開斷支路，以及與兩條開斷支路分別并聯(lián)的耗能支路；并聯(lián)的三條通流支路，即兩側(cè)的通流支路和中央的通流支路，每個(gè)通流支路均包含兩端的高速機(jī)械開關(guān)和它們之間的輔助斷流模塊，所述輔助斷流模塊包括兩個(gè)反向串聯(lián)的功率開關(guān)管；兩個(gè)功率開關(guān)管的連接點(diǎn)為對(duì)應(yīng)通流支路的電流轉(zhuǎn)移節(jié)點(diǎn)，相鄰兩個(gè)通流支路的電流轉(zhuǎn)移節(jié)點(diǎn)之間分別設(shè)置所述開斷支路，當(dāng)輔助斷流模塊斷開電流時(shí)，兩側(cè)通流支路的電流經(jīng)過電流移節(jié)點(diǎn)由開斷支路流向中央通流支路；所述開斷支路由若干功率模塊串聯(lián)構(gòu)成。

所述功率開關(guān)管為IGBT，每個(gè)IGBT并聯(lián)一個(gè)反向的二極管；兩個(gè)反向串聯(lián)的IGBT的二極管陰極相連構(gòu)成所述電流轉(zhuǎn)移節(jié)點(diǎn)。

所述功率模塊為至少一個(gè)IGBT，IGBT并聯(lián)一個(gè)反向的二極管。

所述耗能支路的耗能元件為避雷器。

所述兩側(cè)的通流支路的電流轉(zhuǎn)移節(jié)點(diǎn)均連接一個(gè)分流支路，每個(gè)分流支路包括串聯(lián)的一個(gè)充電開關(guān)與一個(gè)電容。

所述電容并聯(lián)一條放電支路，放電支路包括串聯(lián)的放電開關(guān)和電阻。

所述充電開關(guān)為晶閘管及其它能夠?qū)崿F(xiàn)分流電路適時(shí)導(dǎo)通的功率開關(guān)。

本發(fā)明還提供了一種直流斷路器的控制方法，

直流電路正常工作時(shí)：兩側(cè)的通流支路和中央的通流支路均導(dǎo)通，兩條開斷支路的所有功率模塊均斷開；

需要斷開直流斷路器時(shí)：首先導(dǎo)通開斷支路的所有功率模塊，然后關(guān)斷兩側(cè)通流支路和中央通流支路的輔助斷流模塊，當(dāng)兩側(cè)通流支路和中央通流支路的電流為0時(shí)，斷開兩側(cè)通流支路中電流流向的下游一端的高速機(jī)械開關(guān)，以及中央通流支路中，電流流向的上游一端的高速機(jī)械開關(guān)，然后同時(shí)斷開開斷支路的所有功率模塊；最后斷開其余的高速機(jī)械開關(guān)。

本發(fā)明又提供了一種直流斷路器的控制方法，

直流電路正常工作時(shí)：兩側(cè)的通流支路和中央的通流支路均導(dǎo)通，兩條開斷支路的所有功率模塊均斷開，連接兩條分流支路的充電開關(guān)均斷開；

直流電路出現(xiàn)故障需斷開時(shí)：首先導(dǎo)通開斷支路的所有功率模塊，然后關(guān)斷兩側(cè)通流支路和中央通流支路的輔助斷流模塊，當(dāng)兩側(cè)通流支路和中央通流支路的電流為0時(shí)，斷開兩側(cè)通流支路中，電流流向的下游一端的高速機(jī)械開關(guān)，以及中央通流支路中，電流流向的上游一端的高速機(jī)械開關(guān)，當(dāng)所有斷開的高速機(jī)械開關(guān)具有足夠的絕緣能力時(shí)，打開連接分流支路的充電開關(guān)，然后同時(shí)斷開開斷支路的所有功率模塊，最后斷開其余的高速機(jī)械開關(guān)。

本發(fā)明提供了一種不同于背景技術(shù)中常規(guī)并聯(lián)式結(jié)構(gòu)的直流斷路器，其開斷支路包括兩條，分別將兩側(cè)的通流支路的電流導(dǎo)入到中央的通流支路，然后控制關(guān)閉開斷支路中的功率模塊，從而斷開電流，實(shí)現(xiàn)直流斷路器的關(guān)斷。而且采用三條通流支路，可以將額定電流提升3倍，與橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比，大大節(jié)省了器件數(shù)量。

附圖說(shuō)明

圖1混合式高壓直流斷路器原理拓?fù)洌?/p>

圖2直流斷路器的實(shí)施例一的斷流原理(電流從1到2)；

圖3直流斷路器的實(shí)施例一的斷流原理(電流從2到1)；

圖4直流斷路器的實(shí)施例二的斷流原理(電流從1到2)；

圖5直流斷路器的實(shí)施例二的斷流原理(電流從2到1)；

S1、S2、S3、S4、S5、S6為高速機(jī)械開關(guān)；S7為普通開關(guān)設(shè)備；I1、I2、I3為輔助斷路模塊；ZI1、ZI2為開斷支路；I為充電開關(guān)；R1為電阻器件；C1為電容器組件；G1為隔離開關(guān)；H為電抗器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

實(shí)施例一：

參見圖2、圖3，本專利涉及到的一種直流斷路器，包括并聯(lián)的三條通流支路和兩條開斷支路；

每個(gè)通流支路均包含兩端的高速機(jī)械開關(guān)和它們之間的輔助斷流模塊：即上側(cè)的通路支路由S1、I1、S2構(gòu)成，中央的通路支路由S3、I2、S4構(gòu)成，下側(cè)的通路支路由S5、I3、S6構(gòu)成。

本實(shí)施例中，輔助斷流模塊I1、I2和I3分別采用一對(duì)反向串聯(lián)的IGBT，每個(gè)IGBT并聯(lián)一個(gè)反向的二極管。并且，為了保證輔助斷路模塊的電流能夠流向ZI1和ZI2，應(yīng)當(dāng)使兩個(gè)反并聯(lián)的二極管陰極相連。作為其他實(shí)施方式，輔助斷流模塊也可為其它可實(shí)現(xiàn)上述功能的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

一對(duì)反向串聯(lián)的IGBT的連接點(diǎn)為對(duì)應(yīng)通流支路的電流轉(zhuǎn)移節(jié)點(diǎn)，相鄰兩個(gè)通流支路的電流轉(zhuǎn)移節(jié)點(diǎn)之間分別設(shè)置有開斷支路；

兩條開斷支路分別由若干功率模塊串聯(lián)構(gòu)成，在本實(shí)施例中，功率模塊由一個(gè)IGBT和二極管并聯(lián)構(gòu)成，也可由其它能實(shí)現(xiàn)該功能的功率器件構(gòu)成；在功率模塊的兩端并聯(lián)有一個(gè)避雷器，避雷器為耗能元件，作為其他實(shí)施方式，也可為其它耗能元件。

本實(shí)施例的工作原理如下：

電流從1端流向2端時(shí)：

當(dāng)直流電路系統(tǒng)正常工作時(shí)：S1、S2、S3、S4、S5、S6、I1、I2、I3均閉合，三個(gè)通流支路均有電流；ZI1、ZI2斷開，開斷支路沒有電流流過。

當(dāng)直流電路系統(tǒng)異常需斷電時(shí)：

1)給ZI1、ZI2發(fā)開通信號(hào)，使開斷支路處于導(dǎo)通狀態(tài)；

2)然后給I1、I2、I3發(fā)出關(guān)閉信號(hào)，將電流轉(zhuǎn)移到開斷支路ZI1和ZI2；

3)當(dāng)S2、S3、S6中沒有電流時(shí)，向高速機(jī)械開關(guān)發(fā)出分閘信號(hào)，令開關(guān)S2、S3、S6斷開，如圖2；

4)當(dāng)S2、S3、S6具備了足夠的絕緣能力時(shí)給ZI1、ZI2發(fā)出關(guān)閉信號(hào)；

5)通過IGBT器件開斷故障電流，電流斷開后產(chǎn)生很大的恢復(fù)過電壓，與開斷回路中的IGBT組件并聯(lián)的避雷器導(dǎo)通，吸收系統(tǒng)的多余的殘余能量，斷開剩余高速機(jī)械開關(guān)。

電流從2端流向1端時(shí)：

當(dāng)直流電路系統(tǒng)正常工作時(shí)：S1、S2、S3、S4、S5、S6、I1、I2、I3均閉合，三個(gè)通流支路均有電流；ZI1、ZI2斷開，開斷支路沒有電流流過。

當(dāng)直流電路系統(tǒng)異常需斷電時(shí)：

1)給ZI1、ZI2發(fā)開通信號(hào)，使開斷支路處于導(dǎo)通狀態(tài)；

2)然后給I1、I2、I3發(fā)出關(guān)閉信號(hào)，將電流轉(zhuǎn)移到開斷支路ZI1和ZI2；

3)當(dāng)S1、S4、S5中沒有電流時(shí)，向高速機(jī)械開關(guān)發(fā)出分閘信號(hào)，令開關(guān)S1、S4、S5斷開，如圖3；

4)當(dāng)S1、S4、S5具備了足夠的絕緣能力時(shí)給ZI1、ZI2發(fā)出關(guān)閉信號(hào)；

5)通過IGBT器件開斷故障電流，電流斷開后產(chǎn)生很大的恢復(fù)過電壓，與開斷回路中的IGBT組件并聯(lián)的避雷器導(dǎo)通，吸收系統(tǒng)的多余的殘余能量，斷開剩余高速機(jī)械開關(guān)。

實(shí)施例二：

參見圖4、圖5，本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，不同僅在于，在兩側(cè)的通流支路的電流轉(zhuǎn)移節(jié)點(diǎn)通過充電開關(guān)連接有上、下兩條分流支路，兩條分流支路結(jié)構(gòu)完全相同，以上側(cè)分流支路為例進(jìn)行介紹。

上側(cè)分流支路包括充電開關(guān)I和一個(gè)電容C1，I一端與上側(cè)通流支路的電流轉(zhuǎn)移節(jié)點(diǎn)相連，另一端與C1相連，C1的另一端接地。在本實(shí)施例中還包括并聯(lián)在C1兩端的由電阻R1和放電開關(guān)S7構(gòu)成的放電支路。

在本實(shí)施例中，I采用晶閘管開關(guān)，實(shí)現(xiàn)分流電路的適時(shí)接入兩側(cè)通流支路的作用，在其它實(shí)施例中，充電開關(guān)可為其它能實(shí)現(xiàn)上述功能的功率開關(guān)；放電支路中，放電開關(guān)選用普通開關(guān)，控制電容的放電，在其它實(shí)施例中，也可為其它能實(shí)現(xiàn)上述功能的開關(guān)器件。

圖4中還示出了與直流斷路器配合的隔離開關(guān)G1和電感H。

本實(shí)施例的工作原理如下：

電流從1端流向2端時(shí)：

當(dāng)直流電路系統(tǒng)正常工作時(shí)：S1、S2、S3、S4、S5、S6、I1、I2、I3全閉合，三個(gè)通流支路均有電流；ZI1、ZI2斷開，開斷支路沒有電流流過；晶閘管開關(guān)I斷開，普通開關(guān)S7斷開，分流支路沒有電流流過。

當(dāng)直流電路系統(tǒng)異常需斷電時(shí)：

1)給ZI1、ZI2發(fā)開通信號(hào)，使開斷支路處于導(dǎo)通狀態(tài)；

2)然后給I1、I2、I3發(fā)出關(guān)閉信號(hào)，將電流轉(zhuǎn)移到開斷支路ZI1和ZI2；

3)當(dāng)S2、S3、S6中沒有電流時(shí)，向高速機(jī)械開關(guān)發(fā)出分閘信號(hào)，令開關(guān)S2、S3、S6斷開，如圖4；

4)當(dāng)S2、S3、S6具備了足夠的絕緣能力時(shí)，向I發(fā)出閉合信號(hào)，分流電路打開；

5)I導(dǎo)通后將故障電流有效分流后，給ZI1、ZI2發(fā)出關(guān)閉信號(hào)；

6)通過主IGBT器件開斷故障電流，電流斷開后產(chǎn)生很大的恢復(fù)過電壓，與斷回路中的IGBT組件并聯(lián)的避雷器導(dǎo)通，吸收系統(tǒng)的多余的殘余能量，斷開剩余高速機(jī)械開關(guān)；

7)斷開隔離開關(guān)。

電流從2端流向1端時(shí)：

當(dāng)直流電路系統(tǒng)正常工作時(shí)：S1、S2、S3、S4、S5、S6、I1、I2、I3全閉合，三個(gè)通流支路均有電流；ZI1、ZI2斷開，開斷支路沒有電流流過；晶閘管開關(guān)I斷開，普通開關(guān)S7斷開，分流支路沒有電流流過。

當(dāng)直流電路系統(tǒng)異常需斷電時(shí)：

1)給ZI1、ZI2發(fā)開通信號(hào)，使開斷支路處于導(dǎo)通狀態(tài)；

2)然后給I1、I2、I3發(fā)出關(guān)閉信號(hào)，將電流轉(zhuǎn)移到開斷支路ZI1和ZI2；

3)當(dāng)S1、S4、S5中沒有電流時(shí)，向高速機(jī)械開關(guān)發(fā)出分閘信號(hào)，令開關(guān)S1、S4、S5斷開，如圖5；

4)當(dāng)S1、S4、S5具備了足夠的絕緣能力時(shí)，向I發(fā)出閉合信號(hào)，分流電路打開；

5)I導(dǎo)通后將故障電流有效分流后，給ZI1、ZI2發(fā)出關(guān)閉信號(hào)；

6)通過主IGBT器件開斷故障電流，電流斷開后產(chǎn)生很大的恢復(fù)過電壓，與斷回路中的IGBT組件并聯(lián)的避雷器導(dǎo)通，吸收系統(tǒng)的多余的殘余能量，斷開剩余高速機(jī)械開關(guān)。

以上給出了兩種具體的實(shí)施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。