一种双向高压直流混合式断路器的利记博彩app

本发明属于高压断路器领域，具体涉及一种双向高压直流混合式断路器。

背景技术：

由高速机械开关与功率半导体器件组成的混合型断路器具有通流容量大、关断速度快等优点，已经成为大容量系统开断领域的研究热点。使用具有全控功能的功率半导体器件分断电流的混合式直流断路器方案相比于其它混合式方案具有分断速度更快，更利于分断额定电流的优点。但在使用全控型功率半导体器件分断双向电流时，其电流转移回路通常需要双向全控型功率半导体器件关断电流，控制复杂程度与成本较高，制约了其推广和应用。尤其是随着直流输电电压等级的提高，断路器在分断短路电流时，当系统过电压超过功率半导体器件的耐压范围，功率半导体器件会有击穿的可能，造成设备的损坏，降低断路器的使用寿命。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的不足或缺陷，本发明的目的在于提供一种双向高耐压的直流混合式断路器；

所述断路器包括主电流电路、转移电流电路、能量耗散电路、第一接入端和第二接入端；

所述主电流电路用于通过正常工作状态下的电流；

所述转移电流电路用于当出现短路故障电流时，实现短路故障电流从主电流电路的转移；

所述能量耗散电路用于耗散短路故障电流的能量；

所述第一接入端和第二接入端用于流入或者流出电流。

本发明所述断路器通过控制转移电流电路的功率半导体器件按照一定时序导通，可以实现高速机械开关触头无弧打开，触头间介质恢复特性好，显著提高开断的可靠性。通过在转移电流支路中的功率半导体器件与隔离开关的串联，极大地提高该支路的耐压水平，同时提高了功率半导体器件的使用寿命。本发明转移电流电路使用桥式结构，仅用一组单向具有可关断能力功率半导体器件就可以实现对电流的双向分断，相对于现有设计，最少节省了50％的单向具有可关断能力功率半导体器件，有效降低断路器控制复杂程度与制造成本。

附图说明

图1是本发明一个实施例中断路器本体结构示意图；

图2是本发明一个实施例中断路器单向工作时的一种结构示意图；

图3是本发明一个实施例中断路器单向工作时的另一种结构示意图；

图4是本发明一个实施例中能量耗散电路伏安特性曲线图；

图5是本发明一个实施例中混合式断路器投入过程结构示意图；

图6是本发明一个实施例中分断电流时转移电流电路电流标志示意图；

图7(a)是本发明一个实施例中分断电流时系统正常运行时电流的方向；图7(b)是本发明一个实施例中分断电流时电流向第一功率半导体器件A1，第三功率半导体器件A3，第五功率半导体器件A5支路转移过程电流的方向；图7(c)是本发明一个实施例中分断电流时电流完全转移到第一功率半导体器件A1，第三功率半导体器件A3，第五功率半导体器件A5支路时的方向；图7(d)是本发明一个实施例中分断电流时电流向能量耗散电路转移过程电流的方向；图7(e)是本发明一个实施例中分断电流时电流完全转移到能量耗散支路时的方向；

图8(a)是本发明一个实施例中系统正常运行时电流的方向；图8(b)是本发明一个实施例中电流向第一功率半导体器件A1，第三功率半导体器件A3，第五功率半导体器件A5支路转移过程电流的方向；图8(c)是本发明一个实施例中电流完全转移到第一功率半导体器件A1，第三功率半导体器件A3，第五功率半导体器件A5支路时的方向；图8(d)是本发明一个实施例中电流向能量耗散电路转移过程电流的方向；图8(e)是本发明一个实施例中电流完全转移到能量耗散支路时的方向；

图9是本发明一个实施例中分断电流时，相应于图7、8，各电路中电流变化曲线图；

图10是本发明一个实施例的一种具体实施实例图，所示实例中，主电流电路由高速机械开关FCB和IGBT组合串联实现；

图11是本发明一个实施例的一种具体实施实例图，所示实例中，主电流电路由高速机械开关FCB和电压发生器串联实现，第五功率半导体器件A5支路由多个IGBT模块串联实现；

图12是本发明一个实施例的一种具体实施实例图，所示实例中，能量耗散电路直接与第五功率半导体器件A5支路并联。

具体实施方式

以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。

在一个实施例中，本发明公开了一种双向高耐压的直流混合式断路器，所述断路器包括主电流电路、转移电流电路、能量耗散电路、第一接入端和第二接入端；

所述主电流电路用于通过正常工作状态下的电流；

所述转移电流电路用于当出现短路故障电流时，实现短路故障电流从主电流电路的转移；

所述能量耗散电路用于耗散短路故障电流的能量；

所述第一接入端和第二接入端流入接入或者流出电流。

在本实施例中，如图1所示的断路器本体结构示意图，包括主电流电路、转移电流电路以及能量耗散电路。为了更好的说明断路器分断过程，如图2所示给出了断路器电流从系统接入端S1到系统接入端S2的结构示意图，为体现本实施例包含的混合式断路器具有双向功能，图3给出电流从系统接入端S2到系统接入端S1的结构示意图。图2与图3中功率半导体器件的电流方向与图中A0-A5的箭头方向一致。所述断路器能够接受从S1-S2或者S2-S1的系统电流，即为双向断路器。

在一个实施例中，所述主电流电路包括高速机械开关FCB和电压发生器A0；

所述高速机械开关FCB和电压发生器A0相连接。

在一个实施例中，所述转移电流电路包括第一电路、第二电路、第三电路、第四电路和第五电路；

所述第一电路与第四电路串联，第二电路与第三电路串联，第一电路与第四电路之间的端点，与第二电路与第三电路之间的端点之间连接有第五电路。

在本实施例中，所述第一电路与第四电路串联组成一四转移电路支路，所述一四支路与主电路电路并联；所述第二电路与第三电路串联组成二三转移电路支路，所述二三支路与主电路电路并联。

在一个实施例中，所述第一电路包括第一功率半导体器件A1和第一高速隔离开关K1；

第二电路包括第二功率半导体器件A2和第二高速隔离开关K2；

第三电路包括第三功率半导体器件A3和第三高速隔离开关K3；

第四电路包括第四功率半导体器件A4和第四高速隔离开关K4；

第五电路包括具有可关断电流能力的功率半导体器件A5；

所述第一支路与第四支路串联后与所述主电流电路并联；

所述第二支路与第三支路串联后与所述主电流电路并联。

在本实施例中，如图1、2、3所示：所述转移电流电路包括功率半导体器件A1和高速隔离开关K1组成的电路1，功率半导体器件A2和高速隔离开关K2组成的电路2，功率半导体器件A3和高速隔离开关K3组成的电路3，功率半导体器件A4和高速隔离开关K4组成的电路4以及功率半导体器件A5组成的电路5。

其中：所述电路1和所述电路4串联组成转移电流电路支路1-4，与所述主电流电路并联；所述电路2和所述电路3串联组成转移电流电路支路2-3，与所述主电流电路并联。

所述电路1和所述电路4之间的端点，与所述电路2和所述电路3之间的端点，这两个端点之间则连接所述功率半导体A5组成的电路5。

在一个实施例中，所述电压发生器A0为双向导通，且为具有电压建立能力的装置，第一、第二、第三、第四、第五功率半导体器件A1-A5为单向导通功率半导体器件。

在本实施例中，所述电压发生器A0为双向导通且具有电压建立能力的可关断功率半导体器件或其组合，或为超导限流器、熔断器、爆炸限流器等具有双向电压建立能力的器件或装置。可关断功率半导体器件包括但不局限于IGBT、IGCT、GTO中的任意一个或者任意多个的组合。

所述功率半导体器件A1至A4为具有单向导通能力的电力电子器件，包括但不局限于电力二极管、晶闸管中的任意一个或者任意多个的组合。

在一个实施例中，当所述断路器在正常工作状态下，电流从所述主电流电路流过，电压发生器A0处于导通状态，此时转移电流电路和能量耗散电路没有电流流过。

在一个实施例中，当发生短路故障，需要分断短路电流时：

如果检测出短路电流的方向为第一接入端S1处流入，第二接入端S2处流出时，将所述第二高速隔离开关K2和第四高速隔离开关K4打开，所述第二功率半导体器件A2和第四功率半导体器件A4与导电回路隔离；所述第一高速隔离开关K1和第三高速隔离开关K3仍旧处于闭合状态；控制第一、第三、第五功率半导体器件导通，将第一、第三、第五功率半导体器件按导通方向接入电路，所述主电流电路中电压发生器A0动作，电流由主电流电路向第一电路、第五电路和第三电路组成的支路转移；

如果检测出短路电流的方向为第二接入端S2处流入，第一接入端S1处流出时，将所述第一高速隔离开关K1和第三高速隔离开关K3打开，所述第一和第三功率半导体器件与导电回路隔离；所述第二高速隔离开关K2和第四高速隔离开关K4仍旧处于闭合状态，控制第二、第四、第五功率半导体器件导通，将第二、第四、第五功率半导体器件按导通方向接入电路，电流由主电流电路向第二电路、第五电路和第四电路组成的支路转移。

在本实施例中，图6给出了分断电流时转移电流电路各支路电流标志，其中i为流经接入端S1或者接入端S2的电流，i0为流经主电流电路的电流，i1为流经电路1的电流，i2为流经电路2的电流，i3为流经电路3的电流，i4为流经电路4的电流，i5为流经电路5的电流，i6为流经能量耗散电路的电流。

以电流从S1流向S2为例，图7(a)-7(d)给出了分断电流时转移电流电路中各支路电流方向，具体的为对应从t0到t5各时刻的各支路电流方向。图9给出了分断电流时各支路的电流变化曲线。

其具体的操作步骤包括以下几个方面(以电流方向从S1向S2为例)：

1)系统正常运行，电流全部从主电流电路流过，如图7(a)所示，其中系统额定电流为I。

2)t0时刻，系统发生短路故障，主电流电路电流开始上升，在t0和t1间，当超过系统短路阈值时，控制系统动作，A0动作，同时控制导通功率半导体器件A5，断开高速隔离开关K2和K4。

3)t1时刻，A0的动作使得主电流电路电流开始减小，流经主电流电路的电流向支路1-5-3转移，如图7(b)所示。

4)t2时刻，高速机械开关电流全部转移至第一电路、第五电路和第三电路组成的支路1-5-3，如图7(c)所示。此时控制高速机械开关无弧打开，形成断口。

5)在t2至t3间，支路1-5-3承受全部短路电流。待短路电流上升至阈值，在t3时刻，控制具有可关断电流能力的功率半导体器件A5关断支路1-5-3中的电流。

6)t3至t4间，A5关断电流时会在电路1、电路5和电路3两端(断路器两端)产生过电压，达到了能量耗散电路的导通阈值，能量耗散电路导通。如图7(d)所示，电流开始向能量耗散电路转移。由于能量耗散电路的电压钳位作用，断路器两端电压上升幅度很小。

7)t4时刻，支路1-5-3中的电流全部转移至能量耗散电路，如图7(e)所示，此时断路器两端的电压达到最高值，为开断过程中断路器两端过电压峰值。此后，能量耗散电路中的电流将开始下降，断路器两端的电压也开始缓慢下降，当系统电流小于能量耗散电路的最小导通电流1mA时，能量耗散电路关闭，能量耗散电路两端电压迅速下降。

8)t5时刻，能量耗散电路中的电流为0，断路器开断完成，系统控制转移电流电路中，电路2和电路4中的高速隔离开关K2和高速隔离开关K4闭合，此时转移电流电路中所有高速隔离开关均闭合，断路器两端的电压降为系统电压。

类似的，当电流方向为从S2向S1，开断过程如下：

1)系统正常运行，电流全部从主电流电路流过，如图8(a)所示其中系统额定电流为I。

2)t0时刻，系统发生短路故障，主电流电路电流开始上升，在t0和t1间，当超过系统短路阈值时，控制系统动作，A0动作，同时控制导通功率半导体器件A5，断开高速隔离开关K1和K3，保护所述功率半导体器件A1和A3不被过电压击穿，电流转移支路4-5-2导通。

3)t1时刻，由于A0的动作使得主电流电路电流开始减小，流经主电流电路的电流向支路4-5-2转移，如图8(b)所示。

4)t2时刻，高速机械开关电流全部转移至第四电路、第五电路和第二电路组成的支路4-5-2，如图8(c)所示。此时控制高速机械开关无弧打开，形成断口。

5)在t2至t3间，支路4-5-2承受全部短路电流。待短路电流上升至阈值，在t3时刻，控制具有可关断电流能力的功率半导体器件A5关断支路4-5-2中的电流。

6)t3至t4间，A5关断电流时会在电路4、电路5和电路2两端(断路器两端)产生过电压，达到了能量耗散电路的导通阈值，能量耗散电路导通。如图8(d)所示，电流开始向能量耗散电路转移。由于能量耗散电路的电压钳位作用，断路器两端电压上升幅度很小。

7)t4时刻，支路4-5-2中的电流全部转移至能量耗散电路，如图8(e)所示，此时断路器两端的电压达到最高值，为开断过程中断路器两端过电压峰值。此后，能量耗散电路中的电流将开始下降，断路器两端的电压也开始缓慢下降，当系统电流小于能量耗散电路的最小导通电流1mA时，能量耗散电路关闭，能量耗散电路两端电压迅速下降。

8)t5时刻，能量耗散电路中的电流为0，断路器开断完成，系统控制转移电流电路中，电路1和电路3中的高速隔离开关K1和K3闭合，此时转移电流电路中所有隔离开关均闭合，断路器两端的电压降为系统电压。

在一个实施例中，所述高速机械开关FCB或第一、第二、第三、第四、第五高速隔离开关K1-K5包括基于电磁斥力的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于爆炸驱动的高速机械开关。

在一个实施例中，所述第一、第二、第三、第四功率半导体器件A1-A4包括电力二极管、晶闸管中的一个或多个组合；

所述第五功率半导体器件A5为具有全控功能的功率半导体器件，包括IGBT、IGCT、GTO中的任意一个或者任意多个的组合；

所述电压发生器A0为包括关断功率半导体器件或其组合、超导限流器、熔断器、爆炸限流器等具有双向电压建立能力的器件或装置。

在本实施例中，所述功率半导体器件A1至A4为具有单向导通能力的电力电子器件，包括但不局限于电力二极管、晶闸管中的任意一个或者任意多个的组合。

所述器件A0为双向导通且具有电压建立能力的可关断功率半导体器件或其组合，或为超导限流器、熔断器、爆炸限流器等具有双向电压建立能力的器件或装置。可关断功率半导体器件包括但不局限于IGBT、IGCT、GTO中的任意一个或者任意多个的组合。

所述功率半导体器件A5为具有全控功能的功率半导体器件或者其组合，全控功能的功率半导体器件包括但不局限于IGBT、IGCT、GTO中的任意一个或者任意多个的组合。

在一个实施例中，所述能量耗散电路为压敏电阻或氧化锌阀片组成的避雷器。

在本实施例中，如图4所示的能量耗散电路的伏安特性曲线，所述过能量耗散电路在断路器正常运行情况下处于截止状态，漏电流小于1μA；所述过能量耗散电路的导通电压阈值为所述断路器所处的系统电压的1.5倍。

在一个实施例中，如图5所示的断路器投入过程结构示意图，其中S1、S2为系统接入端，所述系统可以是任何所需要用到断路器的系统，不限于本发明所记载的范围。以电流从S1向S2为例，说明本发明包含的混合式断路器投入过程。

本发明包含的混合式断路器投入过程分为以下几个部分：

1)将混合式断路器连入系统接入点端S1和S2，接入时，高速机械开关触头处于断开状态，高速隔离开关K1至K4处于闭合状态。

2)此时，混合式断路器所有功率半导体器件处于关闭状态，系统电压在混合式断路器两端。

3)控制图2中的功率半导体器件A1、A5和A3导通(若电流流向为S2向S1，则控制A4、A5和A2导通)，则混合式断路器两端的电压被功率半导体器件导通压降限制，此时混合式断路器中的电流全部从转移电流电路支路电路5流过。

4)控制导通电压发生器A0，同时控制高速机械开关合闸，由于高速机械开关两端的电压为支路1-5-3中半导体器件的导通压降，电压较低，合闸过程不会出现电弧。

5)合闸完成后，由于主电流电路两端的电压小于转移电流电路支路电路1-5-3两端的电压，因此A1、A5和A3中流过的电流迅速转移至主电流电路。当电流全部转移至主电流电路后功率半导体器件A1、A5和A3自动关断。

至此，混合式断路器投入过程完成，开始正常运行。

在一个实施例中，如图10所示的一种具体的实例图，在所示实例中，主电流电路由高速机械开关FCB和IGBT组合串联实现。

在一个实施例中，如图11所示的一种具体的实例图，在所示实例中，主电流电路由高速机械开关FCB和电压发生器串联实现，A5支路由多个IGBT模块串联实现。

在一个实施例中，如图12所示的一种具体实例图，在所示实例中，能量耗散电路直接与A5支路并联。

根据本发明，除A0为可关断功率半导体器件或其组合，或为超导限流器、熔断器、爆炸限流器等具有双向电压建立能力的器件或装置外，其余所有功率半导体器件为单向导通的功率半导体器件，其中所述A5为具有关断电流的能力的器件。

本发明使得仅具有一组单向全控型功率半导体器件的混合式断路器成为双向混合式断路器。

本发明公开了一种双向分断的混合式断路器，包括主电流电路，转移电流电路以及能量耗散电路。转移电流电路由具有单向导通的功率半导体器件组成桥式结构，仅需使用一组单向全控型功率半导体器件就可完成分断双向电流。当断路器需要开断电流时，通过控制主电流电路以及转移电流电路的功率半导体器件按一定时序动作，可以实现高速机械开关触头无弧打开，触头间介质恢复特性好，结合能量耗散电路，可以显著提高开断的可靠性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。