強(qiáng)制電流轉(zhuǎn)移電路及其電流轉(zhuǎn)移方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種強(qiáng)制電流轉(zhuǎn)移電路及其電流轉(zhuǎn)移方法，特別是涉及一種包含主動(dòng)或被動(dòng)電流輔助轉(zhuǎn)移裝置的電流轉(zhuǎn)移電路及其電流轉(zhuǎn)移方法。
【背景技術(shù)】
[0002]直流斷路器是直流供電系統(tǒng)安全運(yùn)行的保證，因?yàn)橹绷麟娏髦袥]有自然過零點(diǎn)，采用直接開斷的方式將受到很大的制約，解決這一問題的有效思路是基于電流轉(zhuǎn)移創(chuàng)造電流過零點(diǎn)的新型開斷方式。電流轉(zhuǎn)移的方式可以分為自然電流轉(zhuǎn)移和強(qiáng)制電流轉(zhuǎn)移兩種方式。其中自然電流轉(zhuǎn)移方式的效果受到元件參數(shù)、元件配合、工作條件等多種因素的影響，工程實(shí)際應(yīng)用有諸多限制。與之相比，強(qiáng)制電流轉(zhuǎn)移的方式有更高的工程應(yīng)用價(jià)值。直流系統(tǒng)短路電流具有幅值高、上升快、危害巨大的特點(diǎn)，而如何安全、可靠及快速地將電流強(qiáng)制轉(zhuǎn)移則是這一新型開斷方式所面臨的首要問題。
[0003]專利文獻(xiàn)CN103021739公開了一種弧開斷的混合式直流斷路器，包括高速真空開關(guān)VB、LC強(qiáng)制轉(zhuǎn)移電路、過電壓限制電路以及控制系統(tǒng)，尚速真空開關(guān)VB、LC強(qiáng)制轉(zhuǎn)移電路以及過電壓限制電路并聯(lián)，所述LC強(qiáng)制轉(zhuǎn)移電路由預(yù)充電電容C、電感L和電力電子門極可關(guān)斷器件串聯(lián)組成，所述LC強(qiáng)制轉(zhuǎn)移電路兩端的電壓達(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，使得高速真空開關(guān)兩端電壓被限制在一定范圍；所述控制系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)電流和高速真空開關(guān)VB電流二者的電流值及變化率di/dt，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果向高速真空開關(guān)VB和電力電子門極可關(guān)斷器件發(fā)出相應(yīng)的控制命令。該專利基于高速真空開關(guān)和電力電子門極可關(guān)斷器件控制LC放電技術(shù)，兼?zhèn)淞藱C(jī)械開關(guān)良好的靜態(tài)特性以及電力電子門極可關(guān)斷器件良好的動(dòng)態(tài)特性。但該專利需要額外的過電壓限制電路來實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?，預(yù)充電電容沒有和直流系統(tǒng)絕緣隔離，對預(yù)充電電容的性能體積要求比較高，而且不利于斷路器的開斷可靠性;該專利的電路和功率半導(dǎo)體器件也比較多使得斷路器的反應(yīng)時(shí)間較長，降低了斷路器的靈敏性和可靠性，且提高了斷路器的成本。
[0004]專利文獻(xiàn)CN103441468公開了一種直流分?jǐn)嘌b置，包括主斷路器、輔助斷路器、第一非線性電阻和第一高速機(jī)械開關(guān)，其中，主斷路器和輔助斷路器分別包括至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)器件，各個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)器件相互串聯(lián)，且主斷路器中功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的數(shù)量大于輔助斷路器中功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的數(shù)量，第一非線性電阻與主斷路器相互并聯(lián)，第一高速機(jī)械開關(guān)與輔助斷路器相互串聯(lián);其特征在于:還包括第二高速機(jī)械開關(guān)，第一高速機(jī)械開關(guān)和第二高速機(jī)械開關(guān)分別與輔助斷路器的兩端相串聯(lián)構(gòu)成通態(tài)支路，通態(tài)支路與主斷路器相并聯(lián)。該專利通過在輔助斷路器的兩端串聯(lián)第一高速機(jī)械開關(guān)和第二高速機(jī)械開關(guān)，能夠有效為輔助斷路器的工作過程提供更加全面的保護(hù)，而且有利于輔助斷路器的隔離檢修，提高了直流分?jǐn)嘌b置整體的使用性能與維護(hù)的便捷性;針對輔助斷路器，設(shè)計(jì)第二非線性電阻，且第二非線性電阻的動(dòng)作電壓小于所述輔助斷路器所能承受的最大電壓，能夠有效保證了輔助斷路器工作過程的安全性，防止輔助斷路器因過壓而損壞，提高了使用壽命，該專利需要數(shù)量較多的功率半導(dǎo)體器件使得斷路器的反應(yīng)時(shí)間較長，降低了斷路器的靈敏性和可靠性，且提高了斷路器的成本，非線性電阻和主斷路器并聯(lián)降低了部件的安全性。
[0005]在【背景技術(shù)】部分中公開的上述信息僅僅用于增強(qiáng)對本發(fā)明背景的理解，因此可能包含不構(gòu)成在本國中本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足或缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種強(qiáng)制電流轉(zhuǎn)移電路，通過電流輔助轉(zhuǎn)移裝置產(chǎn)生的高導(dǎo)通電壓，配合轉(zhuǎn)移電路，可以有效的將電流從主電流電路強(qiáng)制轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移電路。并且由于電流截止裝置的作用，可以實(shí)現(xiàn)所有電流的完全轉(zhuǎn)移。本發(fā)明的強(qiáng)制電流轉(zhuǎn)移電路的電路簡單、部件少，反應(yīng)時(shí)間短，提高了強(qiáng)制電流轉(zhuǎn)移電路的靈敏性和可靠性。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，強(qiáng)制電流轉(zhuǎn)移電路包括主電流電路、轉(zhuǎn)移電路以及第一接入端和第二接入端。
[0009]所述主電流電路由可以在連續(xù)承載并導(dǎo)通電流的導(dǎo)通狀態(tài)和截止電流的截止?fàn)顟B(tài)之間切換的電流截止裝置和可以在連續(xù)承載并導(dǎo)通電流的導(dǎo)通狀態(tài)和具有高通態(tài)電壓的輔助轉(zhuǎn)移狀態(tài)之間切換的電流輔助轉(zhuǎn)移裝置串聯(lián)組成。
[0010]所述第一接入端連接所述電流截止裝置的一端，所述電流截止裝置的另一端與所述電流輔助轉(zhuǎn)移裝置的一端相連;所述電流輔助轉(zhuǎn)移裝置的另一端連接所述第二接入端。
[0011]所述轉(zhuǎn)移電路是由單一或多種電氣元件連接構(gòu)成的具有承受所述主電流電路轉(zhuǎn)移的電流的電路，所述轉(zhuǎn)移電路和所述主電流電路并聯(lián)。
[0012]優(yōu)選地，所述電流截止裝置是功率半導(dǎo)體開關(guān)元件或機(jī)械開關(guān)元件及其串并聯(lián)組合，其中所述功率半導(dǎo)體開關(guān)元件為二極管、晶閘管、絕緣柵雙極晶體管、雙模式絕緣柵晶體管或集成門極換流晶閘管及其串并聯(lián)組合，所述機(jī)械開關(guān)元件為由永磁機(jī)構(gòu)、電磁鐵機(jī)構(gòu)或斥力機(jī)構(gòu)作為操動(dòng)機(jī)構(gòu)的氣體絕緣或真空絕緣開關(guān)及其串并聯(lián)組合。
[0013]優(yōu)選地，所述電流輔助轉(zhuǎn)移裝置包括超導(dǎo)限流器、液態(tài)金屬限流器、非線性電阻或熱敏電阻及其串并聯(lián)組合。
[0014]優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)移電路包括由多個(gè)晶閘管串聯(lián)組成的第一電路和由晶閘管、電容和電感器串聯(lián)組成的第二電路，所述第一電路與所述第二電路并聯(lián)。
[0015]優(yōu)選地，所述電流輔助轉(zhuǎn)移裝置為電阻型超導(dǎo)限流器。
[0016]優(yōu)選地，所述電流截止裝置為隔離開關(guān)。
[0017]優(yōu)選地，所述電感器為空心電感或含磁芯的電感器。
[0018]優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)移電路由多個(gè)絕緣柵雙極晶體管串聯(lián)組成。
[0019]優(yōu)選地，所述電流輔助轉(zhuǎn)移裝置為液態(tài)金屬限流器。
[0020]優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)移電路包括由電容與副邊電感器串聯(lián)組成的第一電路和由功率半導(dǎo)體器件、預(yù)充電電容和原邊電感器串聯(lián)組成的第二電路，所述原邊電感器和副邊電感器組成互感器，所述第一電路與主電流電路并聯(lián)，所述第二電路與第一電路絕緣。通過在轉(zhuǎn)移電路中串聯(lián)互感器，控制互感器與直流系統(tǒng)隔離的原邊側(cè)的電容放電產(chǎn)生脈沖電流?？梢詫?shí)現(xiàn)電容充電單元與直流系統(tǒng)的隔離，顯著減小充電單元的電壓等級與體積，提高開斷的可靠性。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，使用所述的強(qiáng)制電流轉(zhuǎn)移電路的電流轉(zhuǎn)移方法包括以下步驟。
[0022]第一步驟中，正常工作狀態(tài)下，所述電流截止裝置和輔助轉(zhuǎn)移裝置均處于所述導(dǎo)通狀態(tài)，電流在第一接入端、所述主電流電路和第二接入端組成的通路中流過，所述轉(zhuǎn)移電路沒有電流流過，當(dāng)需要所述電流從所述主電流電路轉(zhuǎn)移至所述轉(zhuǎn)移電路時(shí)，所述電流輔助轉(zhuǎn)移裝置從所述導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩o助轉(zhuǎn)移狀態(tài)。
[0023]第二步驟中，在所述輔助轉(zhuǎn)移狀態(tài)中，所述電流輔助轉(zhuǎn)移裝置產(chǎn)生高通態(tài)電壓，所述電流從所述主電流電路轉(zhuǎn)移至所述轉(zhuǎn)移電路；
[0024]第三步驟中，所述電流截止裝置轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)，所述電流完成從所述主電流電路至所述轉(zhuǎn)移電路的轉(zhuǎn)移。
[0025]本發(fā)明對比已有技術(shù)優(yōu)勢在于:利用電流輔助轉(zhuǎn)移裝置產(chǎn)生的高導(dǎo)通電壓，輔助電流轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移電路中，如果脫離發(fā)明所提供的強(qiáng)制電流轉(zhuǎn)移電路，電流轉(zhuǎn)移過程將會(huì)低效并且容易受到元件參數(shù)、元件配合、工作條件等多種因素的影響。
【附圖說明】
[0026]參照附圖，上述以及其他本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，通過本發(fā)明實(shí)施例的以下說明性且非限制性詳細(xì)描述將被更好地理解，其中:
[0027]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的強(qiáng)制電流轉(zhuǎn)移電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的強(qiáng)制電流轉(zhuǎn)移電路的強(qiáng)制電流轉(zhuǎn)移過程電流波形示意圖；
[0029]圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的強(qiáng)制電流轉(zhuǎn)移電路的