本發(fā)明涉及用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器及其投入分?jǐn)喾椒?，特別涉及一種通過控制轉(zhuǎn)移支路晶閘管觸發(fā)時(shí)序來改變轉(zhuǎn)移支路導(dǎo)通回路，從而限制電流開斷過程中快速開關(guān)斷口兩端電壓上升速率的直流斷路器。

背景技術(shù)：

由于混合式斷路器具備通流容量大、關(guān)斷速度快、限流能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，備受學(xué)界和業(yè)界的高度關(guān)注?；旌鲜綌嗦菲鞅仨氃诙搪饭收习l(fā)生初期，快速完成短路故障可靠分?jǐn)?，從而達(dá)到切斷故障電路，消除短路故障對(duì)系統(tǒng)的影響的作用?，F(xiàn)階段強(qiáng)制換流的混合式直流斷路器大多通過注入反相電流制造人工過零點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)分?jǐn)嚯娀〉哪康?，?dāng)機(jī)械開關(guān)支路電流過零之后，斷口兩端電壓迅速上升，介質(zhì)恢復(fù)時(shí)間短，容易發(fā)生沖擊穿從而造成分?jǐn)嗍?。同時(shí)，強(qiáng)制換流的混合式直流斷路器存在需要對(duì)轉(zhuǎn)移電容預(yù)充電的要求，一次分?jǐn)酂o(wú)法應(yīng)對(duì)重合閘之后的分?jǐn)嗳蝿?wù)需求。

在背景技術(shù)部分中公開的上述信息僅僅用于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明背景的理解，因此可能包含不構(gòu)成在本國(guó)中本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述結(jié)束缺陷和不足，本發(fā)明提出了一種新型混合式直流斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方案。通過按照一點(diǎn)時(shí)序觸發(fā)晶閘管控制不同回路接通，有效限制了機(jī)械斷口在電流過零之后，斷口電壓上升率。同時(shí)轉(zhuǎn)移電容通過兩次放電，完成開斷之后，電容電壓與預(yù)充電壓方向一致，能夠具備應(yīng)對(duì)電網(wǎng)重合閘之后再次分?jǐn)嗟娜蝿?wù)需求。

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足或缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種混合式直流斷路器及其控制方法。通過控制轉(zhuǎn)移電流電路的功率半導(dǎo)體器件按照一定時(shí)序?qū)?，可以有效限制斷路器兩端的過電壓上升速率，并且由于開斷過程中電容電流經(jīng)過了兩次轉(zhuǎn)移，斷路器開斷完成后預(yù)充電電容上的電壓方向與動(dòng)作前的預(yù)充電電壓方向一致，省去了電容c的充電過程。

當(dāng)轉(zhuǎn)移電流電路兩端的電壓達(dá)到過電壓限制電路的導(dǎo)通閾值時(shí)，過電壓限制電路導(dǎo)通，使得主電流電路兩端電壓被限制在一定范圍；控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)主電流電路和轉(zhuǎn)移電流電路中電路1的電流幅值和電流變化率，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果控制高速機(jī)械開關(guān)和轉(zhuǎn)移電流電路按照一定時(shí)序動(dòng)作。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的一方面，一種用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器包括主電流回路、電流轉(zhuǎn)移支路、過電壓限制支路、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、進(jìn)線端c1和出線端c2，并且主電流回路、電流轉(zhuǎn)移支路以及過電壓限制支路并聯(lián)。

所述主電流回路由高速機(jī)械開關(guān)和功率二極管串聯(lián)組成，其中：

所述進(jìn)線端c1連接所述高速機(jī)械開關(guān)的一端以便斷路器接入直流系統(tǒng)；

所述高速機(jī)械開關(guān)的另一端與所述功率二極管正極相連；

所述功率二極管負(fù)極和出線端c2相連接。

所述電流轉(zhuǎn)移支路包括支路1、支路2、支路3、支路4和預(yù)定的預(yù)充電壓轉(zhuǎn)移電容c，其中，電路1由半控型功率半導(dǎo)體器件vd1串聯(lián)組成，支路2由轉(zhuǎn)移電感l(wèi)1和半控型功率半導(dǎo)體器件vd2串聯(lián)組成，支路3由轉(zhuǎn)移電感l(wèi)2和半控型功率半導(dǎo)體器件vd3串聯(lián)組成，支路4由半控型功率半導(dǎo)體器件vd4串聯(lián)組成，其中：

所述支路1和所述支路4串聯(lián)組成串聯(lián)支路14，且所述串聯(lián)支路14并聯(lián)在主電流回路兩端，并且：

所述進(jìn)線端c1連接所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd1的正極以便實(shí)現(xiàn)與所述串聯(lián)支路14的一端的連接以及使得電流轉(zhuǎn)移支路和主電流回路相連接；

所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd1的負(fù)極與所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd4的正極連接以便實(shí)現(xiàn)所述電路1和所述電路4的串聯(lián)；

所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd4負(fù)極和出線端c2相連接以便電流轉(zhuǎn)移支路和主電流回路相連接，從而實(shí)現(xiàn)所述串聯(lián)支路14與所述主電流回路并聯(lián)。

所述支路2和所述支路3串聯(lián)組成串聯(lián)支路23，且所述串聯(lián)支路23與所述主電流回路并聯(lián)，并且：

所述進(jìn)線端c1連接所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd2正極，以便實(shí)現(xiàn)與所述串聯(lián)支路23的一端連接；

所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd2負(fù)極連接所述轉(zhuǎn)移電感l(wèi)1一端，所述轉(zhuǎn)移電感l(wèi)1的另一端連接所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd3的正極，以便實(shí)現(xiàn)所述支路2與所述支路3串聯(lián)；

所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd3的負(fù)極連接轉(zhuǎn)移電感l(wèi)2的一端，所述轉(zhuǎn)移電感l(wèi)2的另一端和出線端c2相連接，以便電流轉(zhuǎn)移支路和主電流回路連接，從而實(shí)現(xiàn)所述串聯(lián)支路23與所述主電流回路的并聯(lián)。

所述支路1和所述支路4之間的端點(diǎn)與所述支路2和所述支路3之間的端點(diǎn)的兩個(gè)端點(diǎn)之間連接轉(zhuǎn)移電容c，其中預(yù)充電壓轉(zhuǎn)移電容c的正向在支路2和支路3連接的一端。

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括用于測(cè)量主電流回路電流狀態(tài)的電流傳感器d0、用于測(cè)量串聯(lián)支路14的電流狀態(tài)的電流傳感器d1、用于測(cè)量串聯(lián)支路23的電流狀態(tài)的電流傳感器d2、用于測(cè)量過電壓限制支路的電流狀態(tài)的電流傳感器d3、用于測(cè)量高速機(jī)械開關(guān)的斷口電壓的電壓傳感器vhss、用于測(cè)量轉(zhuǎn)移電容c兩端電壓狀態(tài)的電壓傳感器vc、用于測(cè)量高速機(jī)械開關(guān)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的位移傳感器pd和斷路器環(huán)境溫度傳感器d4、信號(hào)調(diào)理電路、a/d轉(zhuǎn)換模塊和第一通信模塊。

所述控制系統(tǒng)包括用于計(jì)算主電流回路電流變化率的計(jì)算模塊、電流濾波處理模塊、實(shí)時(shí)顯示斷路器狀態(tài)及計(jì)算結(jié)果的人機(jī)交互模塊和第二通信模塊，正常工作狀態(tài)下，電流從所述主電流回路流過，轉(zhuǎn)移電容c設(shè)有預(yù)定的預(yù)充電壓值，且電壓方向與所述主電流回路的導(dǎo)通壓降方向相反；所述電流轉(zhuǎn)移支路和過電壓限制支路沒有電流流過，所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd1、vd2、vd3和vd4均未被觸發(fā)；當(dāng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到直流系統(tǒng)狀態(tài)異?；蛩隹刂葡到y(tǒng)發(fā)出分閘指令時(shí)，所述控制系統(tǒng)向高速機(jī)械開關(guān)發(fā)出分閘指令，高速機(jī)械開關(guān)開始動(dòng)作，然后依照設(shè)定的動(dòng)作時(shí)序依次觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體器件vd1、vd2、vd3和vd4，完成電流強(qiáng)制過零以實(shí)現(xiàn)開斷。

在所述的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器中，所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd1、vd2、vd3和vd4為單向?qū)ǖ陌肟匦推骷?，其包括gto、晶閘管、igbt的任意一個(gè)或者多個(gè)的組合。

在所述的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器中，所述高速機(jī)械開關(guān)為基于電磁斥力的高速機(jī)械開關(guān)、基于高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械開關(guān)或基于爆炸驅(qū)動(dòng)的高速機(jī)械開關(guān)。

在所述的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器中，所述過電壓限制支路的設(shè)計(jì)參數(shù)包括電壓限制電路容量、導(dǎo)通電壓閾值、達(dá)到導(dǎo)通電壓時(shí)的電流、最高限位電壓以及處于最高限位電壓時(shí)的電流。

在所述的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器中，所述過電壓限制支路在斷路器正常運(yùn)行情況下處于截止?fàn)顟B(tài)，漏電流小于0.5μa；所述過電壓限制支路的導(dǎo)通電壓閾值為所述斷路器所處的系統(tǒng)電壓的1.75倍。

在所述的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器中，所述過電壓限制支路包括線路型金屬氧化物避雷器、無(wú)間隙線路型金屬氧化物避雷器、全絕緣復(fù)合外套金屬氧化物避雷器或可卸式避雷器中的任意一個(gè)或多個(gè)的組合。

在所述的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器中，所述控制系統(tǒng)包括處理器，所述處理器為通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、專用集成電路asic或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列fpga，所述處理器包括存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器可以包括一個(gè)或多個(gè)只讀存儲(chǔ)器rom、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器ram、快閃存儲(chǔ)器或電子可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器eeprom。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種利用所述的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器的投入方法包括以下步驟：

在第一步驟中，控制系統(tǒng)收到合閘指令并向斷路器發(fā)出合閘指令。

在第二步驟中，斷路器兩端的隔離開關(guān)閉合，且此時(shí)斷路器的高速機(jī)械開關(guān)并未閉合。

在第三步驟中，觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體器件vd1和vd4導(dǎo)通，主電流回路中的電流先從串聯(lián)支路14流過。

在第四步驟中，完成合閘動(dòng)作，由于兩端電壓為vd1和vd4導(dǎo)通壓降，合閘過程中不存在燃弧過程。

在第五步驟中，電流從串聯(lián)支路14向主電流回路轉(zhuǎn)移，半控型功率半導(dǎo)體器件vd1和vd4由于電流過零關(guān)斷，完成投入。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，一種利用所述的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器的正常狀態(tài)下的分?jǐn)喾椒òㄒ韵虏襟E：

在第一步驟中，控制系統(tǒng)收到分閘指令并向斷路器發(fā)出分閘指令。

在第二步驟中，觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體器件vd1和vd3導(dǎo)通，主電流回路的電流開始向串聯(lián)支路23轉(zhuǎn)移。

在第三步驟中，高速機(jī)械開關(guān)經(jīng)過一定的響應(yīng)時(shí)間之后打開，主電流回路的電流由于電流轉(zhuǎn)移支路的電容電感產(chǎn)生的振蕩電流而強(qiáng)迫過零，高速機(jī)械開關(guān)熄弧，主電流回路打開。

在第四步驟中，主電流回路向轉(zhuǎn)移電容充電，當(dāng)轉(zhuǎn)移電容達(dá)到過電壓限制支路的設(shè)定的動(dòng)作閾值時(shí)，過電壓限制支路導(dǎo)通，電流開始向過電壓限制支路轉(zhuǎn)移。

在第五步驟中，電流完全轉(zhuǎn)移到過電壓限制支路，由于系統(tǒng)電壓小于過電壓限制支路的動(dòng)作閾值，電流快速下降，最終當(dāng)電流下降到過電壓限制支路的關(guān)斷電流時(shí)，完成分?jǐn)唷?/p>

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，一種利用所述的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器的短路狀態(tài)下的分?jǐn)喾椒òㄒ韵虏襟E：

在第一步驟中，在線檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到系統(tǒng)電流達(dá)到設(shè)定閾值或者電流上升率達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出分閘指令。

在第二步驟中，高速機(jī)械開關(guān)存在響應(yīng)延遲，半控型功率半導(dǎo)體器件vd1和vd3導(dǎo)通，主電流回路的電流開始向串聯(lián)支路13轉(zhuǎn)移。

在第三步驟中，高速機(jī)械開關(guān)打開，伴隨著電流向電流轉(zhuǎn)移支路轉(zhuǎn)移，主電流回路電流過零，高速機(jī)械開關(guān)熄弧。

在第四步驟中，控制系統(tǒng)觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體器件vd2導(dǎo)通，隨著轉(zhuǎn)移電容電壓增加，支路1的電流逐漸減小。

在第五步驟中，隨著支路1電流減小到零，半控型功率半導(dǎo)體器件vd1電流過零關(guān)斷。

在第六步驟中，電流完全轉(zhuǎn)移到支路2和支路4之后，觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體器件vd4導(dǎo)通，由于轉(zhuǎn)移電容c和半控型功率半導(dǎo)體器件vd4電壓為負(fù)，電流開始向支路4轉(zhuǎn)移。

在第七步驟中，支路3的電流逐漸減小至零，半控型功率半導(dǎo)體器件vd3電路過零關(guān)斷。

在第八步驟中，隨著轉(zhuǎn)移電容電壓增加，達(dá)到過電壓限制支路的閾值之后，過電壓限制支路導(dǎo)通，電流開始向過電壓限制支路轉(zhuǎn)移。

在第九步驟中，由于系統(tǒng)電壓小于過電壓限制支路的導(dǎo)通閾值，過電壓限制支路電流迅速減小到零，完成開斷。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠使得本發(fā)明的技術(shù)手段更加清楚明白，達(dá)到本領(lǐng)域技術(shù)人員可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施的程度，并且為了能夠讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，下面以本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行舉例說明。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選的具體實(shí)施方式中的詳細(xì)描述，本發(fā)明各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。說明書附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。顯而易見地，下面描述的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。而且在整個(gè)附圖中，用相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。

在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器在斷路器內(nèi)部分布示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的斷路器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)配合框圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的斷路器投入過程結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5(a)-圖5(e)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的分?jǐn)囝~定電流時(shí)轉(zhuǎn)移電流支路電流流向示意圖；

圖6(a)-圖6(i)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的分?jǐn)嚯娏鞔笥陬~定電流時(shí)各電流轉(zhuǎn)移支路電流流向示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用中壓直流配網(wǎng)的斷路器的投入方法的步驟示意圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用中壓直流配網(wǎng)的斷路器的在正常狀態(tài)下的分?jǐn)喾椒ǖ牟襟E示意圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用中壓直流配網(wǎng)的斷路器的在短路下的分?jǐn)喾椒ǖ牟襟E示意圖。

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本發(fā)明的具體實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹地理解本發(fā)明，并且能夠?qū)⒈景l(fā)明的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

需要說明的是，在說明書及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可以理解，技術(shù)人員可能會(huì)用不同名詞來稱呼同一個(gè)組件。本說明書及權(quán)利要求并不以名詞的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區(qū)分的準(zhǔn)則。如在通篇說明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的“包含”或“包括”為一開放式用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成“包含但不限定于”。說明書后續(xù)描述為實(shí)施本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，然所述描述乃以說明書的一般原則為目的，并非用以限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。

為便于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個(gè)具體實(shí)施例為例做進(jìn)一步的解釋說明，且各個(gè)附圖并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。

圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明實(shí)施例將結(jié)合圖1進(jìn)行具體說明。

如圖1所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器，所述斷路器包括主電流回路、電流轉(zhuǎn)移支路、過電壓限制支路、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、進(jìn)線端c1和出線端c2，并且主電流回路、電流轉(zhuǎn)移支路以及過電壓限制支路并聯(lián)。

所述主電流回路由高速機(jī)械開關(guān)和功率二極管串聯(lián)組成，其中：所述進(jìn)線端c1連接所述高速機(jī)械開關(guān)的一端以便斷路器接入直流系統(tǒng)；所述高速機(jī)械開關(guān)的另一端與所述功率二極管正極相連；所述功率二極管負(fù)極和出線端c2相連接。

所述電流轉(zhuǎn)移支路包括支路1、支路2、支路3、支路4和預(yù)定的預(yù)充電壓轉(zhuǎn)移電容c，其中，電路1由半控型功率半導(dǎo)體器件vd1串聯(lián)組成，支路2由轉(zhuǎn)移電感l(wèi)1和半控型功率半導(dǎo)體器件vd2串聯(lián)組成，支路3由轉(zhuǎn)移電感l(wèi)2和半控型功率半導(dǎo)體器件vd3串聯(lián)組成，支路4由半控型功率半導(dǎo)體器件vd4串聯(lián)組成。

所述支路1和所述支路4串聯(lián)組成串聯(lián)支路14，且所述串聯(lián)支路14并聯(lián)在主電流回路兩端，并且：所述進(jìn)線端c1連接所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd1的正極以便實(shí)現(xiàn)與所述串聯(lián)支路14的一端的連接以及使得電流轉(zhuǎn)移支路和主電流回路相連接；所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd1的負(fù)極與所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd4的正極連接以便實(shí)現(xiàn)所述電路1和所述電路4的串聯(lián)；所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd4負(fù)極和出線端c2相連接以便電流轉(zhuǎn)移支路和主電流回路相連接，從而實(shí)現(xiàn)所述串聯(lián)支路14與所述主電流回路并聯(lián)。

所述支路2和所述支路3串聯(lián)組成串聯(lián)支路23，且所述串聯(lián)支路23與所述主電流回路并聯(lián)，并且所述進(jìn)線端c1連接所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd2正極，以便實(shí)現(xiàn)與所述串聯(lián)支路23的一端連接；所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd2負(fù)極連接所述轉(zhuǎn)移電感l(wèi)1一端，所述轉(zhuǎn)移電感l(wèi)1的另一端連接所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd3的正極，以便實(shí)現(xiàn)所述支路2與所述支路3串聯(lián)，所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd3的負(fù)極連接轉(zhuǎn)移電感l(wèi)2的一端，所述轉(zhuǎn)移電感l(wèi)2的另一端和出線端c2相連接，以便電流轉(zhuǎn)移支路和主電流回路連接，從而實(shí)現(xiàn)所述串聯(lián)支路23與所述主電流回路的并聯(lián)。

所述支路1和所述支路4之間的端點(diǎn)與所述支路2和所述支路3之間的端點(diǎn)的兩個(gè)端點(diǎn)之間連接轉(zhuǎn)移電容c，其中預(yù)充電壓轉(zhuǎn)移電容c的正向在支路2和支路3連接的一端。

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器在斷路器內(nèi)部分布示意圖，參見圖2，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括用于測(cè)量主電流回路電流狀態(tài)的電流傳感器d0、用于測(cè)量串聯(lián)支路14的電流狀態(tài)的電流傳感器d1、用于測(cè)量串聯(lián)支路23的電流狀態(tài)的電流傳感器d2、用于測(cè)量過電壓限制支路的電流狀態(tài)的電流傳感器d3、用于測(cè)量高速機(jī)械開關(guān)的斷口電壓的電壓傳感器vhss、用于測(cè)量轉(zhuǎn)移電容c兩端電壓狀態(tài)的電壓傳感器vc、用于測(cè)量高速機(jī)械開關(guān)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的位移傳感器pd和斷路器環(huán)境溫度傳感器d4、信號(hào)調(diào)理電路、a/d轉(zhuǎn)換模塊和第一通信模塊。

圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的斷路器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)配合框圖，參見圖3，所述控制系統(tǒng)包括用于計(jì)算主電流回路電流變化率的計(jì)算模塊、電流濾波處理模塊、實(shí)時(shí)顯示斷路器狀態(tài)及計(jì)算結(jié)果的人機(jī)交互模塊和第二通信模塊，正常工作狀態(tài)下，電流從所述主電流回路流過，轉(zhuǎn)移電容c設(shè)有預(yù)定的預(yù)充電壓值，且電壓方向與所述主電流回路的導(dǎo)通壓降方向相反；所述電流轉(zhuǎn)移支路和過電壓限制支路沒有電流流過，所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd1、vd2、vd3和vd4均未被觸發(fā)；當(dāng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到直流系統(tǒng)狀態(tài)異常或所述控制系統(tǒng)發(fā)出分閘指令時(shí)，所述控制系統(tǒng)向高速機(jī)械開關(guān)發(fā)出分閘指令，高速機(jī)械開關(guān)開始動(dòng)作，然后依照設(shè)定的動(dòng)作時(shí)序依次觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體器件vd1、vd2、vd3和vd4，完成電流強(qiáng)制過零以實(shí)現(xiàn)開斷。

在本發(fā)明所述的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器的優(yōu)選實(shí)施例中，所述半控型功率半導(dǎo)體器件vd1、vd2、vd3和vd4為單向?qū)ǖ陌肟匦推骷浒╣to、晶閘管、igbt的任意一個(gè)或者多個(gè)的組合。

在本發(fā)明所述的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器的優(yōu)選實(shí)施例中，所述高速機(jī)械開關(guān)為基于電磁斥力的高速機(jī)械開關(guān)、基于高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械開關(guān)或基于爆炸驅(qū)動(dòng)的高速機(jī)械開關(guān)。

在本發(fā)明所述的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器的優(yōu)選實(shí)施例中，所述過電壓限制支路的設(shè)計(jì)參數(shù)包括電壓限制電路容量、導(dǎo)通電壓閾值、達(dá)到導(dǎo)通電壓時(shí)的電流、最高限位電壓以及處于最高限位電壓時(shí)的電流。

在本發(fā)明所述的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器的優(yōu)選實(shí)施例中，所述過電壓限制支路在斷路器正常運(yùn)行情況下處于截止?fàn)顟B(tài)，漏電流小于0.5μa；所述過電壓限制支路的導(dǎo)通電壓閾值為所述斷路器所處的系統(tǒng)電壓的1.75倍。

在本發(fā)明所述的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器的優(yōu)選實(shí)施例中，所述過電壓限制支路包括線路型金屬氧化物避雷器、無(wú)間隙線路型金屬氧化物避雷器、全絕緣復(fù)合外套金屬氧化物避雷器或可卸式避雷器中的任意一個(gè)或多個(gè)的組合。

在本發(fā)明所述的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器的優(yōu)選實(shí)施例中，所述控制系統(tǒng)包括處理器，所述處理器為通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、專用集成電路asic或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列fpga，所述處理器包括存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器可以包括一個(gè)或多個(gè)只讀存儲(chǔ)器rom、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器ram、快閃存儲(chǔ)器或電子可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器eeprom。

圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的斷路器投入過程結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合圖4說明斷路器投入系統(tǒng)過程，整個(gè)投入過程分為以下幾步：

控制系統(tǒng)收到來自上級(jí)控制系統(tǒng)的合閘指令或者來自人家交互界面的合閘指令，發(fā)出合閘指令。

斷路器兩端隔離開關(guān)閉合，此時(shí)斷路器的高速機(jī)械開關(guān)并未閉合。

控制觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體器件vd1和vd4導(dǎo)通，主電流回路電流先從轉(zhuǎn)移支路14流過。

機(jī)構(gòu)完成合閘動(dòng)作，由于機(jī)構(gòu)兩端電壓為vd1和vd4導(dǎo)通壓降，合閘過程中不存在燃弧過程。

由于機(jī)構(gòu)通態(tài)電阻較小，電流從轉(zhuǎn)移支路向主電流回路轉(zhuǎn)移，半控型功率半導(dǎo)體器件vd1和vd4由于電流過零關(guān)斷，投入過程完成。

圖5(a)-圖5(e)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的分?jǐn)囝~定電流時(shí)轉(zhuǎn)移電流支路電流流向示意圖，結(jié)合圖5(a)-圖5(e)說明分?jǐn)囝~定電流過程。

正常工作狀態(tài)下，電流從通態(tài)損耗較小的主電流回路流過，如圖5(a)所示。

直流斷路器控制系統(tǒng)收到上級(jí)控制系統(tǒng)的分閘指令，發(fā)出分閘指令，觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體器件vd1和vd3導(dǎo)通，主電流回路電流開始向串聯(lián)支路23轉(zhuǎn)移，如圖5(b)所示。

高速機(jī)械開關(guān)在經(jīng)過一定的響應(yīng)時(shí)間之后打開，主電流回路電流由于電流轉(zhuǎn)移支路的電容電感產(chǎn)生的振蕩電流而強(qiáng)迫過零，高速機(jī)械開關(guān)熄弧，主電流回路打開,如圖5(c)所示。

主電流回路向電流轉(zhuǎn)移電容充電，當(dāng)轉(zhuǎn)移電容達(dá)到過電壓限制支路的設(shè)定的動(dòng)作閾值時(shí)，過電壓限制支路導(dǎo)通，電流開始向過電壓限制支路轉(zhuǎn)移,如圖5(d)所示。

電流完全轉(zhuǎn)移到過電壓限制支路，由于系統(tǒng)電壓小于過電壓保護(hù)支路的動(dòng)作閾值，電流快速下降，最終當(dāng)電流下降到過電壓限制支路的關(guān)斷電流時(shí)，斷路器完成開斷動(dòng)作，如圖5(e)所示。

圖6(a)-圖6(i)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的分?jǐn)嚯娏鞔笥陬~定電流時(shí)各電流轉(zhuǎn)移支路電流流向示意圖，結(jié)合圖6(a)-圖6(i)說明短路分?jǐn)噙^程：

正常工作狀態(tài)下，電流從通態(tài)損耗較小的主電流回路流過，如圖6(a)所示。

當(dāng)在線檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到系統(tǒng)故障時(shí)，即系統(tǒng)電流達(dá)到設(shè)定閾值或者電流上升率達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出分閘指令，由于高速機(jī)械開關(guān)存在響應(yīng)延遲，即系開關(guān)沒有立即打開，半控型功率半導(dǎo)體器件vd1和vd3導(dǎo)通，主電流回路電流開始向轉(zhuǎn)移支路13串聯(lián)支路轉(zhuǎn)移，如圖6(b)所示。

高速機(jī)械開關(guān)打開，伴隨著電流向電流轉(zhuǎn)移支路轉(zhuǎn)移，主電流回路電流過零，機(jī)械開關(guān)熄弧，如圖6(c)所示。

此時(shí)控制系統(tǒng)觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體器件vd2導(dǎo)通，隨著轉(zhuǎn)移電容電壓增加，支路1電流逐漸減小，如圖6(d)所示。

隨著支路1電流減小到零，半控型功率半導(dǎo)體器件vd1電流過零關(guān)斷，如圖6(e)所示。

控制系統(tǒng)電流完全轉(zhuǎn)移到支路2和支路4之后，觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體器件vd4導(dǎo)通，由于轉(zhuǎn)移電容c和半控型功率半導(dǎo)體器件vd4電壓為負(fù)，電流開始向支路4轉(zhuǎn)移，如圖6(f)所示。

支路3電流隨著第二階段的轉(zhuǎn)移電流逐漸減小至零，半控型功率半導(dǎo)體器件vd3電路過零關(guān)斷，如圖6(g)。

隨著轉(zhuǎn)移電容電壓增加，達(dá)到過電壓限制支路的閾值之后，過電壓限制支路導(dǎo)通，電流開始向過電壓限制支路轉(zhuǎn)移，如圖6(h)所示。

由于系統(tǒng)電壓小于過電壓限制支路的導(dǎo)通閾值，過電壓限制支路電流迅速減小到零，短路開斷完成，如圖6(i)所示。

因此，綜上所述，本發(fā)明提出了斷路器的投入方法、正常狀態(tài)下的分?jǐn)喾椒ê投搪废碌姆謹(jǐn)喾椒ā?/p>

圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用中壓直流配網(wǎng)的斷路器的投入方法的步驟示意圖，一種利用所述的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器的投入方法包括以下步驟：

在第一步驟s1中，控制系統(tǒng)收到合閘指令并向斷路器發(fā)出合閘指令。

在第二步驟s2中，斷路器兩端的隔離開關(guān)閉合，且此時(shí)斷路器的高速機(jī)械開關(guān)并未閉合。

在第三步驟s3中，觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體器件vd1和vd4導(dǎo)通，主電流回路中的電流先從串聯(lián)支路14流過。

在第四步驟s4中，完成合閘動(dòng)作，由于兩端電壓為vd1和vd4導(dǎo)通壓降，合閘過程中不存在燃弧過程。

在第五步驟s5中，電流從串聯(lián)支路14向主電流回路轉(zhuǎn)移，半控型功率半導(dǎo)體器件vd1和vd4由于電流過零關(guān)斷，完成投入。

圖8是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用中壓直流配網(wǎng)的斷路器的正常狀態(tài)下的分?jǐn)喾椒ǖ牟襟E示意圖，如圖8所示，一種利用所述的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器的正常狀態(tài)下的分?jǐn)喾椒òㄒ韵虏襟E：

在第一步驟s1中，控制系統(tǒng)收到分閘指令并向斷路器發(fā)出分閘指令。

在第二步驟s2中，觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體器件vd1和vd3導(dǎo)通，主電流回路的電流開始向串聯(lián)支路23轉(zhuǎn)移。

在第三步驟s3中，高速機(jī)械開關(guān)經(jīng)過一定的響應(yīng)時(shí)間之后打開，主電流回路的電流由于電流轉(zhuǎn)移支路的電容電感產(chǎn)生的振蕩電流而強(qiáng)迫過零，高速機(jī)械開關(guān)熄弧，主電流回路打開。

在第四步驟s4中，主電流回路向轉(zhuǎn)移電容充電，當(dāng)轉(zhuǎn)移電容達(dá)到過電壓限制支路的設(shè)定的動(dòng)作閾值時(shí)，過電壓限制支路導(dǎo)通，電流開始向過電壓限制支路轉(zhuǎn)移。

在第五步驟s5中，電流完全轉(zhuǎn)移到過電壓限制支路，由于系統(tǒng)電壓小于過電壓限制支路的動(dòng)作閾值，電流快速下降，最終當(dāng)電流下降到過電壓限制支路的關(guān)斷電流時(shí)，完成分?jǐn)唷?/p>

圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的利用中壓直流配網(wǎng)的斷路器的短路下的分?jǐn)喾椒ǖ牟襟E示意圖，如圖9所示，一種利用所述的用于中壓直流配網(wǎng)的斷路器的短路狀態(tài)下的分?jǐn)喾椒?，其包括以下步驟：

在第一步驟s1中，在線檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到系統(tǒng)電流達(dá)到設(shè)定閾值或者電流上升率達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出分閘指令。

在第二步驟s2中，高速機(jī)械開關(guān)存在響應(yīng)延遲，半控型功率半導(dǎo)體器件vd1和vd3導(dǎo)通，主電流回路的電流開始向串聯(lián)支路13轉(zhuǎn)移。

在第三步驟s3中，高速機(jī)械開關(guān)打開，伴隨著電流向電流轉(zhuǎn)移支路轉(zhuǎn)移，主電流回路電流過零，高速機(jī)械開關(guān)熄弧。

在第四步驟s4中，控制系統(tǒng)觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體器件vd2導(dǎo)通，隨著轉(zhuǎn)移電容電壓增加，支路1的電流逐漸減小。

在第五步驟s5中，隨著支路1電流減小到零，半控型功率半導(dǎo)體器件vd1電流過零關(guān)斷。

在第六步驟s5中，電流完全轉(zhuǎn)移到支路2和支路4之后，觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體器件vd4導(dǎo)通，由于轉(zhuǎn)移電容c和半控型功率半導(dǎo)體器件vd4電壓為負(fù)，電流開始向支路4轉(zhuǎn)移。

在第七步驟s7中，支路3的電流逐漸減小至零，半控型功率半導(dǎo)體器件vd3電路過零關(guān)斷。

在第八步驟s8中，隨著轉(zhuǎn)移電容電壓增加，達(dá)到過電壓限制支路的閾值之后，過電壓限制支路導(dǎo)通，電流開始向過電壓限制支路轉(zhuǎn)移。

在第九步驟s9中，由于系統(tǒng)電壓小于過電壓限制支路的導(dǎo)通閾值，過電壓限制支路電流迅速減小到零，完成開斷。

本發(fā)明通過控制轉(zhuǎn)移電流電路的功率半導(dǎo)體器件按照一定時(shí)序?qū)?，可以有效限制斷路器兩端的過電壓上升速率，并且由于開斷過程中電容電流經(jīng)過了兩次轉(zhuǎn)移，斷路器開斷完成后預(yù)充電電容上的電壓方向與動(dòng)作前的預(yù)充電電壓方向一致，省去了電容c的充電過程。當(dāng)電流轉(zhuǎn)移支路兩端的電壓達(dá)到過電壓限制支路的導(dǎo)通閾值時(shí)，過電壓限制支路導(dǎo)通，使得主電流回路兩端電壓被限制在一定范圍；控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)主電流回路和電流轉(zhuǎn)移支路中電路1的電流幅值和電流變化率，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果控制高速機(jī)械開關(guān)和電流轉(zhuǎn)移支路按照一定時(shí)序動(dòng)作。

盡管以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方案和應(yīng)用領(lǐng)域，上述的具體實(shí)施方案僅僅是示意性的、指導(dǎo)性的，而不是限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本說明書的啟示下和在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍的情況下，還可以做出很多種的形式，這些均屬于本發(fā)明保護(hù)之列。