一種高壓直流斷路器拓?fù)涞闹谱鞣椒?br> 【專利摘要】一種高壓直流斷路器拓?fù)洌傻谝浑娏魍罚?）和第二電流通路（2）組成。第一電流通路（1）由至少一個電力電子開關(guān)模塊（3）和機械開關(guān)（4）串聯(lián)組成，第二電流通路（2）由電容組（C）和級聯(lián)型電容子單元投切模塊（5）組成。級聯(lián)型電容子單元投切模塊（5）由多個子單元（6）串聯(lián)組成。電力電子開關(guān)模塊（3）與模塊化子單元串聯(lián)部分（5）的子單元（6）有多種構(gòu)成方式。第一電流通路（1）的第一引出端子與第二電流通路（2）的第一引出端子連接作為直流斷路器的第一引出端子與直流輸電線路連接，第一電流通路（1）的第二引出端子與第二電流通路（2）的第二引出端子作為直流斷路器的第二引出端子與直流輸電線的另一端連接。
【專利說明】一種高壓直流斷路器拓?fù)?br> 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種斷路器，具體涉及一種直流斷路拓?fù)洹?br> 【背景技術(shù)】
[0002]快速直流斷路器是保證直流輸配電系統(tǒng)和直流電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定安全可靠運行的關(guān)鍵設(shè)備之一。與交流系統(tǒng)所不同的是，直流系統(tǒng)的電流并不存在自然過零點，因此直流系統(tǒng)中無法像交流系統(tǒng)一樣利用電流的自然過零點關(guān)斷，因此直流電流的開斷問題一直是一個值得研究的課題。
[0003]目前開斷直流電流通常有兩種方式，第一種是純電力電子斷路器，如專利CN102870181A，利用大功率可關(guān)斷電力電子器件，直接分?jǐn)嘀绷麟娏鳌＠眠@種原理制造的固態(tài)斷路器，在時間上雖然可以滿足多端柔性直流系統(tǒng)的要求，但在正常導(dǎo)通時的損耗過大，經(jīng)濟性較差。
[0004]第二種是混合斷路器技術(shù)，即在傳統(tǒng)的交流機械斷路器的基礎(chǔ)上，通過增加輔助的電力電子電路，投入限流電阻以降低短路電流或在開斷弧間隙的直流電流上疊加振蕩電流，利用電流過零時開斷電路。利用這種原理制造的混合式斷路器，其對機械開關(guān)有特殊要求，在分?jǐn)鄷r間上較難滿足直流輸電系統(tǒng)的要求。
[0005]西門子公司的專利(W02013/093066A1)提出的一種混合斷路器技術(shù)，在主通路上串聯(lián)機械開關(guān)和電力電子全控器件，另一條旁路由電容組成，當(dāng)檢測到故障電流時，主通路上電力電子全控器件斷開，機械開關(guān)也開始開斷，故障電流向旁路旁路電容充電，這種電路的旁路電容不能取值過小，否則機械開關(guān)尚未完全打開，若旁路電容在故障電流充電下電壓上升過快會超過機械開關(guān)和電力電子器件承受電壓等級。然而電容值取值大時，開斷速度就會受到影響。
[0006]ABB公司的專利(W02011141054A1)提出的一種混合斷路器技術(shù)，在主通路上串聯(lián)機械開關(guān)和電力電子全控器件，另一條旁路由避雷器和壓接IGBT并聯(lián)組成，當(dāng)檢測到故障電流時，旁路上的壓接IGBT全部導(dǎo)通，之后主通路上的電力電子全控器件斷開，機械開關(guān)也開始關(guān)斷，等到機械開關(guān)完全關(guān)斷后，壓接IGBT關(guān)斷，避雷器接入電路抑制短路電流，這種斷路器開斷速度較快，但是整個旁路的壓接IGBT承受電壓之和必須要大于直流輸電線路初始電壓，這需要大量壓接IGBT串聯(lián)，造成整個直流斷路器的成本較高。
[0007]并且上述兩種專利主回路都必須采用全控開關(guān)器件與機械開關(guān)串聯(lián)，導(dǎo)致正常時仍然會有較大的導(dǎo)通損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種混合式直流斷路器。本發(fā)明具有整體成本低，穩(wěn)態(tài)運行時損耗小的特點，必要時可用半控器件代替初始電流通路上的全控器件，降低正常運行損耗。出現(xiàn)短路故障時本發(fā)明無電弧切斷，響應(yīng)迅速。
[0009]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:[0010]一種混合直流斷路器，其特征在于:所述的直流斷路器由第一電流通路和第二電流通路組成。第一電流通路的第一引出端子與第二電流通路的第一引出端子連接作為直流斷路器的第一引出端子與直流輸電線路連接，第一電流通路I的第二引出端子與第二電流通路的第二引出端子連接，作為直流斷路器的第二引出端子與直流輸電線的另一端連接。
[0011]所述的直流斷路器另一種連接方式為:第一電流通路的第一引出端子與第二電流通路的第一引出端子連接后可以與電感一端連接，電感的另一端作為直流斷路器的第一引出端子與直流輸電線路連接，
[0012]第一電流通路I的第二引出端子與第二電流通路的第二引出端子連接后也可以與電感一端連接，電感的另一端作為直流斷路器的第二引出端子與直流輸電線的另一端連接。
[0013]第一電流通路由電力電子開關(guān)模塊和機械開關(guān)串聯(lián)組成。所述的機械開關(guān)模塊包括至少一個機械開關(guān)串聯(lián)組件，所述的電力電子開關(guān)模塊包括至少一個的電力電子器件串聯(lián)組件。機械開關(guān)模塊的一端與電力電子開關(guān)模塊的一端連接，機械開關(guān)模塊的另一端作為第一電流通路的第一引出端子，與直流輸電線路連接；電力電子開關(guān)模塊的另一端作為第一電流通路的第二引出端子，與第二電流阻斷通路的第二引出端子連接作為直流斷路器的第二引出端子。
[0014]第二電流通路由電容單元和級聯(lián)型電容子單元投切模塊串聯(lián)組成。所述的第二電流通路的電容單元的一端與級聯(lián)型電容子單元投切模塊的第一引出端子連接，第二電流通路的電容單元的另一端作為第二電流通路的第一引出端子與電感一端連接，第二電流通路的級聯(lián)型電容子單元投切模塊的另一端作為第二電流通路的第二引出端子與第一電流通路的第二引出端子連接。
[0015]所述的第一電流通路的電力電子開關(guān)模塊可以由一個或多個全控型器件組成。也可以由兩組全控型器件反向串聯(lián)組成，每組全控型器件由一個或多個全控型器件串聯(lián)組成。所述的第一電流通路的電力電子開關(guān)模塊也可以由一個或多個半控型器件組成。所述的第二電流通路的電容單元由一個或多個電容器串聯(lián)并聯(lián)組成。也可以由電力電子全控器件，二極管和一個和多個電容組成，從而具備雙向預(yù)充電和雙向接入電流通路放電的能力。
[0016]當(dāng)?shù)谝浑娏魍返碾娏﹄娮幽K采用一個或多個半控型器件串聯(lián)時，所述的第二電流通路的電容單元兩端也可以并聯(lián)預(yù)充電裝置，從而能夠在故障時放電，使第一電流通路上的電流迅速轉(zhuǎn)移至第二電流通路。從而給第一電流通路的半控型器件串聯(lián)型電力電子模塊創(chuàng)造過零關(guān)斷條件。
[0017]所述的級聯(lián)型電容子單元投切模塊中的子單元有多種結(jié)構(gòu)組成方式，第一類型子單元由電容組，二極管組和全控型器件組組成。電容組的一端與二極管組的陰極連接，電容組的另一端與全控型器件組的發(fā)射極連接，作為第一類型子單元的第二引出端子引出，二極管組的陽極與全控型器件組的集電極連接，作為第一類型子單元的第一引出端子。所述的二極管組由一個或多個二極管串聯(lián)組成，所述的全控型器件組由一個或多個全控型器件串聯(lián)組成，所述的電容組由一個或多個電容串并聯(lián)組成。
[0018]第二類型子單元由電容組，第一二極管組，第二二極管組，第一全控型器件組，以及第二全控型器件組組成。第一二極管組的陰極與第二二極管組的陰極連接然后與電容組的一端連接，第一全控型器件組的發(fā)射極與第二全控型器件組連接然后與電容組的另一端連接，第一二極管組的陽極與第一全控型器件組的集電極連接作為第二類型子單元的第一引出端子，第二二極管組的陽極與第二全控型器件組的集電極連接作為第二類型子單元的第二引出端子。所述的二極管組由一個或多個二極管串聯(lián)組成，所述的全控型器件組由一個或多個全控型器件串聯(lián)組成，所述的電容組由一個或多個電容串并聯(lián)組成。所述的第二類型第一二極管組與第一全控型器件組位置可以調(diào)換，第二二極管組與第一全控型器件組的位置也可以調(diào)換。
[0019]第三類型子單元由電容組，第一全控型器件組，第二全控型器件組77，反向串聯(lián)全控型器件組。第一全控型器件組的集電極與電容組的一端連接，電容組的另一端與第二全控型器件組的集電極連接，第二全控型器件組的發(fā)射極與反向串聯(lián)全控型器件組的一端集電極連接，作為第三類型子單元的第二引出端子，第一全控型器件組的發(fā)射極與反向串聯(lián)全控型器件組78的另一端發(fā)射極連接，作為第三類型子單元的第一引出端子81。所述的全控型器件組由一個或多個全控型器件串聯(lián)組成，所述的電容組由一個或多個電容串并聯(lián)組成，采用的電容類型為不分正負(fù)極性的電容類型，所述的反向串聯(lián)全控型器件組由第一正向全控型器件組和第二正向全控型器件組反向串聯(lián)組成。
[0020]第四類型子單元由電容組，全控型器件組，第一二極管組，第二二極管組，第三二極管組，第四二極管組，以及第五二極管組組成。電容組的一端與第一二極管組的陽極連接，第一二極管的陰極與全控型器件組的集電極連接，電容組的另一端與全控型器件組的發(fā)射極連接，第二二極管組的陽極與第三二極管組的陰極連接作為第四類型子單元的第一引出端子，第二二極管組的陰極與全控型器件組的集電極連接，第三二極管組的陽極與全控型器件組的發(fā)射極連接，第四二極管組的陽極與第五二極管組的陰極連接作為第三類型子單元的第二引出端子，第四二極管組的陰極與全控型器件組的集電極連接，第五二極管組的陽極與全控型器件組的發(fā)射極連接。
[0021]所述的第一二極管組，第二二極管組，第三二極管組，第四二極管組，第五二極管組都由一個或多個二極管串聯(lián)組成，所述的全控型器件組由一個或多個全控型器件串聯(lián)組成，所述的電容組由一個或多個電容串并聯(lián)組成。
[0022]第五類型子單元由二極管不控整流橋，電容組和反并聯(lián)全控型器件組組成。
[0023]各種類型子單元中的二極管均可用帶反并聯(lián)二極管的全控型器件代替。
[0024]當(dāng)各類型子單元中的電容初始電壓為零時，即每次開始故障電流阻斷過程前將子單元電容電壓恢復(fù)為零值時，可以省略第一類型子單元中的二極管組，第三類型子單元中的第一全控器件組和第二全控器件組。
[0025]在直流輸電線路正常運行時，第一電流通路的機械開關(guān)模塊為閉合狀態(tài)，第一電流通路的電力電子開關(guān)模塊為導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)檢測到線路短路故障以后，所述的第二電流通路的級聯(lián)型電容子單元投切模塊的子單元處于電容旁路故障電流直通狀態(tài)，關(guān)斷電力電子開關(guān)模塊，使初始電流通路電流降為零，然后機械開關(guān)模塊開始打開。故障電流被切換到第二電流通路，對所述的第二電流通路的電容單元充電。延時至機械開關(guān)兩端觸頭間隔距離足夠承受大電壓時，所述的第二電流通路的級聯(lián)型電容子單元投切模塊的各子單元動作至其電容組的電容投入狀態(tài)，各子單元中的電容被快速順次投入至第二電流通路中，此時第二電流通路中，第二電流通路電容子單元充電電壓與各避雷器電壓疊加，對故障電流限流，使故障電流最終降為O。
[0026]當(dāng)所述的第一電流通路的電力電子開關(guān)模塊由一個或多個半控型器件組成時，所述第二電流通路的電容單元由于并聯(lián)了預(yù)充電裝置具備了初始電壓，當(dāng)檢測到線路短路故障以后，所述的第二電流通路的級聯(lián)型電容子單元投切模塊的子單元處于電容旁路故障電流直通狀態(tài),第二電流通路電容放電使第二電流通路電流迅速增加,第一電流通路上的電流被迅速轉(zhuǎn)移至第二電流通路，使所述的初始電流通路電力電子開關(guān)模塊自然關(guān)斷。然后機械開關(guān)模塊開始打開。至機械開關(guān)兩端觸頭間隔距離足夠承受大電壓時，所述的第二電流通路的級聯(lián)型電容子單元投切模塊的各子單元動作至子單元電容組中的電容投入狀態(tài)，各子單元中的電容被快速順次投入至第二電流通路中，此時第二電流通路中第二電流通路電容單元充電電壓與各避雷器電壓疊加，對故障電流限流，使電感L上的電流最終降為O。
[0027]所述的級聯(lián)型電容子單元投切模塊中，每種類型子單元內(nèi)的電容組兩端都可以并聯(lián)限壓器，第一電流通路兩端并聯(lián)限壓器件，第二電流通路電容單元兩端并聯(lián)限壓裝置，級聯(lián)型電容子單元投切模塊兩端并聯(lián)限壓裝置。第一電流通路第一引出端子與地之間并聯(lián)限壓裝置，第一電流通路第二引出端子與地之間并聯(lián)限壓裝置。
[0028]所述的子單元電容器組兩端預(yù)加充電電路，使電容投入電流通路前具備一定初始電壓，加快故障電流關(guān)斷速度。
[0029]所述的第二電流通路電容單元和所述的子單元電容器組均可加入泄放裝置，從而在直流線路短路故障排除之后，能夠快速泄放掉電容內(nèi)多余電壓，便于重新合閘。
[0030]當(dāng)子單元采用所述的第二類型子單元，第三類型子單元，第四類型子單元，第五類型子單元的結(jié)構(gòu)形式時，并且第一點流通路中的電力電子開關(guān)模塊采用雙向開關(guān)模塊時，該直流斷路器可以能夠?qū)崿F(xiàn)雙向故障電流阻斷功能。
[0031]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0032]a.該直流斷路器拓?fù)溟_斷更為迅速，能夠?qū)崿F(xiàn)零電弧開斷；
[0033]b.整個換流拓?fù)淇刹捎贸Ｒ?guī)部件，制造難度相對較小，可靠性高；
[0034]c.該直流斷路器能夠?qū)⒍搪冯娏骺刂圃谳^低的水平，從而保護(hù)系統(tǒng)安全性；
[0035]d.該直流斷路器拓?fù)淠軌驕p小短路電流對換流站的影響；
[0036]e.更容易與柔性直流輸電系統(tǒng)結(jié)合，適宜于一體化設(shè)計；
[0037]f.與純電力電子開關(guān)式直流斷路器相比系統(tǒng)正常工作時的損耗更??；
[0038]g.當(dāng)采用半控器件代替初始電流通路上的全控電力電子開關(guān)時，其系統(tǒng)正常運行損耗能夠降至更低；
[0039]h.該斷路器電流阻斷通路采用初始電容器與模塊化子單元投切模塊結(jié)合，整體實現(xiàn)方案的成本更低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1為本發(fā)明的電路原理圖；
[0041]圖2為本發(fā)明的具體實施例1中的電路原理圖；
[0042]圖3為本發(fā)明的具體實施例2中的電路原理圖；
[0043]圖4為本發(fā)明的具體實施例3中的電路原理圖；
[0044]圖5為本發(fā)明的具體實施例4中的電路原理圖；[0045]圖6為本發(fā)明第一類型子單元電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖7為本發(fā)明的第二類型子單元電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖8為本發(fā)明的第三類型子單元電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖9為本發(fā)明的第四類型子單元電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖10為本發(fā)明的第五類型子單元電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖11為本發(fā)明的 第六類型單元電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051]圖12為本發(fā)明初始電流通路中的電力電子開關(guān)模塊一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖13為本發(fā)明初始電流通路中的電力電子開關(guān)模塊另一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053]圖14為本發(fā)明實施例5的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0054]
[0055]
[0056]【具體實施方式】
[0057]下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0058]如圖1所示，本發(fā)明由第一電流通路I和第二電流通路2組成。第一電流通路I的第一引出端子與第二電流通路2的第一引出端子連接作為直流斷路器的第一引出端子與直流輸電線路連接，第一電流通路I的第二引出端子與第二電流通路2的第二引出端子連接，作為直流斷路器的第二引出端子與直流輸電線的另一端連接。
[0059]第一電流通路I由電力電子開關(guān)模塊3和機械開關(guān)4串聯(lián)組成。所述的機械開關(guān)模塊4包括至少一個機械開關(guān)串聯(lián)組件，所述的電力電子開關(guān)模塊3包括至少一個電力電子器件串聯(lián)組件；機械開關(guān)模塊4的一端與電力電子開關(guān)模塊3的一端10連接，機械開關(guān)模塊4的另一端作為第一電流通路I的第一引出端子；電力電子開關(guān)模塊3的另一端作為第一電流通路I的第二引出端子，與第二電流阻斷通路2的第二引出端子連接作為直流斷路器的第二引出端子。
[0060]第二電流通路2由電容單元C和級聯(lián)型電容子單元投切模塊5串聯(lián)組成。所述的電容單元C的一端與級聯(lián)型電容子單元投切模塊5的第一引出端子連接，電容單元C的另一端作為第二電流通路2的第一引出端子與電感一端7連接，第二電流通路2的級聯(lián)型電容子單元投切模塊5另一端作為第二電流通路2的第二引出端子與第一電流通路的第二引出端子連接。
[0061]所述的級聯(lián)型電容子單元投切模塊5中的子單元的結(jié)構(gòu)組成方式之一為圖6所示的第一類型子單元:第一類型子單元由電容組61、二極管組62和全控型器件組63組成。電容組61的一端64與二極管組62的陰極連接，電容組61的另一端65與全控型器件組63的發(fā)射極連接，作為第一類型子單元的第二引出端子65引出，二極管組62的陽極與全控型器件組63的集電極連接，作為第一類型子單元的第一引出端子60 ;所述的二極管組62由一個或多個二極管串聯(lián)組成；所述的全控型器件組63由一個或多個全控型器件串聯(lián)組成，所述的電容組61)由一個或多個電容串并聯(lián)組成。
[0062]所述的級聯(lián)型電容子單元投切模塊(5)中的子單元的結(jié)構(gòu)組成方式之二為圖7所示的第二類型子單元:第二類型子單元由電容組66、第一二極管組67、第二二極管組68、第一全控型器件組69和第二全控型器件組70組成；第一二極管組67的陰極與第二二極管組68的陰極連接后與電容組66的一端71連接,第一全控型器件組69的發(fā)射極與第二全控型器件組70連接然后與電容組66的另一端72連接，第一二極管組67的陽極與第一全控型器件組69的集電極連接，作為第二類型子單元的第一引出端子73，第二二極管組68的陽極與第二全控型器件組的集電極連接作為第二類型子單元的第二引出端子74 ;所述的第一二極管組67、第二二極管組68由一個或多個二極管串聯(lián)組成；所述的第一全控型器件組69和第二全控型器件組70由一個或多個全控型器件串聯(lián)組成；所述的電容組66由一個或多個電容串并聯(lián)組成。所述的第二類型子單元的第一二極管組(67)與第一全控型器件組(69)位置調(diào)換，第二二極管組(68)與第一全控型器件組(69)的位置調(diào)換。替換之后所述的級聯(lián)型電容子單元投切模塊中的子單元的結(jié)構(gòu)為:所述的第二類型第一二極管組的陰極與第二類型第一全控型器件組的發(fā)射極連接，作為第二類型子單元的第一引出端子，第二二極管組的陰極與第二全控型器件組的發(fā)射極連接，作為第二類型子單元的第二引出端子。第一二極管組與第二二極管組的陽極連接與電容組的一端連接，第二全控型器件組的集電極與第一全控型器件組的集電極連接與電容的另一端連接。
[0063]所述的級聯(lián)型電容子單元投切模塊5中的子單元的結(jié)構(gòu)組成方式之三為圖8所示的第三類型子單元:第三類型子單元由電容組75、第一全控型器件組76、第二全型器件組77和反向串聯(lián)全控型器件組78組成；第一全控型器件組76的集電極與電容組75的一端83連接，電容組75的另一端84與第二全控型器件組77的集電極連接，第二全控型器件組77的發(fā)射極與反向串聯(lián)全控型器件組78的一端集電極連接，作為第三類型子單元的第二引出端子82，第一全控型器件組76的發(fā)射極與反向串聯(lián)全控型器件組78的另一端發(fā)射極連接，作為第三類型子單元的第一引出端子81 ;所述的第一全控型器件組76、第二全控型器件組77由一個或多個全控型器件串聯(lián)組成；所述的電容組75由一個或多個電容串并聯(lián)組成，采用的電容類型為不分正負(fù)極性的電容類型；所述的反向串聯(lián)全控型器件組78由第一正向全控型器件組79和第二正向全控型器件組80反向串聯(lián)組成。
[0064]所述的級聯(lián)型電容子單元投切模塊(5)中的子單元的結(jié)構(gòu)組成方式之四為圖9所示的第四類型子單元:第四類子單元由電容組90、全控型器件組91、第一二極管組89、第二二極管組85、第三二極管組86、第四二極管組87，以及第五二極管組88組成；電容組90的一端與第一二極管組89的陽極96連接，第一二極管組96的陰極與全控型器件組91的集電極92連接，電容組90的另一端與全控型器件組91的發(fā)射極93連接，第二二極管組85的陽極與第三二極管組86的陰極連接作為第四類型子單元的第一引出端子，第二二極管組85的陰極與全控型器件組91的集電極92連接，第三二極管組86的陽極與全控型器件組的發(fā)射極93連接，第四二極管組87的陽極與第五二極管組88的陰極連接作為第三類型子單元的第二引出端子95，第四二極管組87的陰極與全控型器件組91的集電極92連接，第五二極管組88的陽極與全控型器件組91的發(fā)射極93連接；
[0065]所述的第一二極管組89，第二二極管組85，第三二極管組86，第四二極管組87，第五二極管組88均由一個或多個二極管串聯(lián)組成；所述的全控型器件組91由一個或多個全控型器件串聯(lián)組成；所述的電容組90由一個或多個電容串并聯(lián)組成。
[0066]所述的級聯(lián)型電容子單元投切模塊5中的子單元的結(jié)構(gòu)組成方式之五為圖10中第五類型子單元:第五類型子單元由二極管不控整流橋，電容組97和反串聯(lián)全控型器件組108組成。圖10中的第一二極管98，第二二極管99，第三二極管100，第四二極管101組成二極管不控整流橋結(jié)構(gòu)，二極管不控整流橋的第一端子104與電容組97的一端連接，二極管不控整流橋的第二端子105與電容組97的另一端連接，二極管不控整流橋的第三端子102與反串聯(lián)全控型器件組108)的一端106連接，二極管不控整流橋的第四端子103與反串聯(lián)全控型器件組108的另一端107連接。
[0067]反串聯(lián)全控型器件組的具體實現(xiàn)方式如圖13組成，由第一組全控型器件201和第二組全控型器件202反向串聯(lián)組成。
[0068]所述的級聯(lián)型電容子單元投切模塊中的子單元還可以如圖11所示的第六類型子單元:第六類型子單元由電容由雙向電力電子開關(guān)模塊214，電容單元212，第一全控型器件組211，第二全控型器件組213組成。第一全控型器件組的集電極與電容單元一端連接，電容單元另一端與第二全控型器件組的集電極連接，第一全控型器件組的發(fā)射極與雙向電力電子開關(guān)模塊214的第一引出端子215連接，作為第六類型子單元的第一引出端子，第二全控型器件組的發(fā)射極與雙向電力電子開關(guān)模塊214的第二引出端子216連接，作為第六類型子單元的第二引出端子。
[0069]所述的雙向電力電子開關(guān)模塊214的具體構(gòu)成方式如圖12所示，第一二極管組225，第二二極管組226，第三二極管組227，第四二極管組228成不控整流橋電路，不控整流橋電路的共陰極221與全控型器件組的集電極連接，不控整流橋電路的共陽極與全控型器件組的發(fā)射極連接，第一二極管組225的陽極與第三二極管組227的陰極連接作為雙向電力電子開關(guān)模塊的第一引出端子223，第二二極管組226的陰極與第四二極管組228的陽極連接作為雙向電力電子開關(guān)模塊的第二引出端子224。
[0070]實施例1
[0071]圖2所示為本發(fā)明的實施例1，如圖2所示，電壓源15為換流站，電阻16為模擬短路電阻。本發(fā)明的基本拓?fù)溆傻谝浑娏魍稩和第二電流通路2組成；第一電流通路I的第一引出端子與第二電流通路2的第一引出端子連接作為直流斷路器的第一引出端子與近換流站側(cè)的直流輸電線路7連接，第一電流通路I的第二引出端子與第二電流通路2的第二引出端子作為直流斷路器的第二引出端子與遠(yuǎn)換流站側(cè)的直流輸電線路連接。電感L可以為換流站本身裝置的電感，也可以為直流斷路器附加的限流電感。
[0072]第一電流通路I由電力電子開關(guān)模塊3和機械開關(guān)模塊4串聯(lián)組成，第一電流通路I中的機械開關(guān)模塊4包括至少一個機械開關(guān)串聯(lián)組件，所述的第一電流通路I中的電力電子開關(guān)模塊3包括至少一個電力電子器件串聯(lián)組件。機械開關(guān)模塊4的一端與電力電子開關(guān)模塊3的一端10連接，機械開關(guān)模塊4的另一端作為第一電流通路的第一引出端子；電力電子開關(guān)模塊3的另一端作為第一電流通路的第二引出端子，與第二電流阻斷通路2的第二引出端子連接作為直流斷路器的第二引出端子。
[0073]第二電流通路2由電容單元C和級聯(lián)型電容子單元投切模塊5串聯(lián)組成。所述的電容單元C的一端與級聯(lián)型電容子單元投切模塊5的第一引出端子連接，電容單元C的另一端作為第二電流通路2的第一引出端子與電感一端7連接，第二電流通路2的級聯(lián)型電容子單元投切模塊5的另一端作為第二電流通路2的第二引出端子與第一電流通路的第二引出端子連接。
[0074]級聯(lián)型電容子單元投切模塊5的有多種結(jié)構(gòu)形式。第一類型子單元由電容組61，二極管組62和全控型器件組63組成。電容組64的一端與二極管組62的陰極連接，電容組的另一端65與全控型器件組的發(fā)射極連接，作為第一類型子單元的第二引出端子65引出，二極管組62的陽極與全控型器件組的集電極連接，作為第一類型子單元的第一引出端子60。所述的二極管組62由一個或多個二極管串聯(lián)組成，所述的全控型器件組63由一個或多個全控型器件串聯(lián)組成，所述的電容組64由一個或多個電容串并聯(lián)組成。當(dāng)全控器件組導(dǎo)通時，電容組64的電容不接入第二電流通路，當(dāng)全控器件組關(guān)斷時，電容組64的電容接入第二電流通路。
[0075]在直流輸電線路正常運行時，第一電流通路I的機械開關(guān)模塊4為閉合狀態(tài)，第一電流通路I的電力電子開關(guān)模塊3為導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)檢測到線路短路故障以后，所述的第二電流通路2的級聯(lián)型電容子單元投切模塊5的子單元處于電容旁路故障電流直通狀態(tài)，關(guān)斷電力電子開關(guān)模塊3，使初始電流通路I的電流降為零，然后機械開關(guān)模塊4開始打開。故障電流被切換到第二電流通路2，對所述的第二電流通2的電容單元充電。延時至機械開關(guān)兩端觸頭間隔距離足夠承受大電壓時，所述的第二電流通路的級聯(lián)型電容子單元投切模塊的各子單元動作至電容投入狀態(tài)，各子單元中的電容被快速順次投入至第二電流通路2中，此時第二電流通路2中的電容值由剛開始的電容子單元電容值變?yōu)殡娙輪卧c各子單元中的電容串聯(lián)之后的電容值，由于電容值迅速減小，故障電流對第二電流通路總電容值充電導(dǎo)致電壓上升的速度加快，使故障電流阻斷速度增快，迅速降為O。
[0076]實施例2
[0077]圖3所示為本發(fā)明的實施例2。圖3中的第一電流通路兩端，第二電流通路的電容器模塊兩端和級聯(lián)型電容子單元投切模塊兩端均并聯(lián)了限壓器。第一電流通路I的第一引出端子與地之間，第一電流通路I的第二引出端子與地之間并聯(lián)限壓裝置，用以對整個直流斷路器的各個部分進(jìn)行過電壓保護(hù)。也可以選擇性的在需要保護(hù)的地方兩端增加限壓器件。
[0078]實施例3
[0079]圖4所示為本發(fā)明的實施例3。圖4中第一電流通路I的電力電子開關(guān)模塊3采用了半控型器件晶閘管。電力電子開關(guān)模塊3也可以由多個晶閘管串聯(lián)組成。這樣可以使得整個直流斷路器在直流電網(wǎng)正常運行時，其導(dǎo)通損耗更低，但是由于晶閘管沒有自關(guān)斷能力，需要創(chuàng)造電流過零點將其關(guān)斷。因此，本實施例在第二電流通路的電容單元C兩端添加了預(yù)充電電路，充電電壓近換流站側(cè)為負(fù)，遠(yuǎn)換流站側(cè)為正。當(dāng)檢測到線路短路故障以后，所述的第二電流通路2的級聯(lián)型電容子單元投切模塊5的各子單元全控器件組導(dǎo)通，第二電流通路2的電容單元C放電，由于電感L上的電流不能突變，而第二電流通路2由于電容單元C放電導(dǎo)致電流迅速增大，因此第一電流通路I的電流迅速轉(zhuǎn)移至第二電流通路2，使所述的第一電流通路I的電流迅速降低至零，晶閘管自然關(guān)斷。其后的故障電流阻斷過程與實施例3類似。
[0080]實施例4
[0081]圖5所示為本發(fā)明的實施例4。圖5中第一電流通路I的電力電子開關(guān)模塊3采用了如圖13所示的反向串聯(lián)結(jié)構(gòu)，由兩組同向串聯(lián)的IGBT反向串聯(lián)組成，每組同向串聯(lián)的IGBT包括一個或多個IGBT ;電力電子開關(guān)模塊3或者米用一個或多個如圖12所不開關(guān)模塊串聯(lián)組成。第二電流通路2的級聯(lián)型電容子單元投切模塊5的各子單元采用圖7、圖8、圖9、圖10、圖11中任意一種子單元結(jié)構(gòu)。從而使整個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具備雙向電流阻斷能力。
[0082]實施例5
[0083]圖11為本發(fā)明的另一種應(yīng)用方式與雙極性柔性直流輸電時的實施例。如圖11所示，第一斷路器60的第一引出端子61與雙極輸電線路的正極連接，第一斷路器60的第二引出端子62與模擬短路電阻一端連接。第二斷路器65的第一引出端子63與雙極輸電線路的負(fù)極連接，第二斷路器65的第二引出端子64與模擬短路電阻的另一端連接。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓直流斷路器拓?fù)?，其特征在?所述的直流斷路器由第一電流通路(I)和第二電流通路(2)組成；第一電流通路(I)的第一引出端子與第二電流通路(2)的第一引出端子連接，作為直流斷路器的第一引出端子與直流輸電線路連接；第一電流通路(I)的第二引出端子與第二電流通路(2)的第二引出端子連接，作為直流斷路器的第二引出端子與直流輸電線的另一端連接； 所述的第一電流通路(I)由電力電子開關(guān)模塊(3)和機械開關(guān)(4)串聯(lián)組成；所述的機械開關(guān)模塊(3)包括至少一個機械開關(guān)串聯(lián)組件；所述的電力電子開關(guān)模塊(3)包括至少一個電力電子器件串聯(lián)組件；機械開關(guān)模塊(4)的一端與電力電子開關(guān)模塊(3)的一端(10)連接，機械開關(guān)模塊(4)的另一端作為第一電流通路(I)的第一引出端子與直流輸電線路連接；電力電子開關(guān)模塊(3)的另一端作為第一電流通路(I)的第二引出端子，與第二電流阻斷通路(2)的第二引出端子連接作為直流斷路器的第二引出端子； 第二電流通路(2 )由電容單元(C)和級聯(lián)型電容子單元投切模塊(5)串聯(lián)組成；所述的電容單元(C)的一端與級聯(lián)型電容子單元投切模塊(5)的第一引出端子連接，電容單元(C)的另一端作為第二電流通路(2)的第一引出端子與電感(L)的一端(7)連接，第二電流通路(2)的級聯(lián)型電容子單元投切模塊(5)的另一端作為第二電流通路(2)的第二引出端子與第一電流通路 (I)的第二引出端子連接； 所述的第一電流通路的電力電子開關(guān)模塊(3)由一個或多個全控型器件串聯(lián)組成； 所述的第二電流通路(2)的電容單元(C)由至少一個的電容串聯(lián)或并聯(lián)組成。
2.按照權(quán)利要求1所述的高壓直流斷路器拓?fù)洌涮卣髟谟?所述的電力電子開關(guān)模塊(3 )由兩組全控型器件反向串聯(lián)組成，每組全控型器件由一個或多個全控型器件串聯(lián)組成。
3.按照權(quán)利要求1所述的高壓直流斷路器拓?fù)?，其特征在?所述的電力電子開關(guān)模塊(3)由一個或多個半控型器件組成。
4.按照權(quán)利要求1所述的高壓直流斷路器拓?fù)?，其特征在?所述的第二電流通路(2)的電容單元(C)由至少一個的電容串并聯(lián)組成。
5.按照權(quán)利要求1所述的高壓直流斷路器拓?fù)?，其特征在?所述的級聯(lián)型電容子單元投切模塊(5)中的子單元的結(jié)構(gòu)組成方式之一為:第一類型子單元由電容組(61)、二極管組(62)和全控型器件組(63)組成，電容組(61)的一端(64)與二極管組(62)的陰極連接，電容組(61)的另一端(65)與全控型器件組(63)的發(fā)射極連接，作為第一類型子單元的第二引出端子(65)引出，二極管組(62)的陽極與全控型器件組(63)的集電極連接，作為第一類型子單元的第一引出端子(60);所述的二極管組(62)由一個或多個二極管串聯(lián)組成；所述的全控型器件組(63)由一個或多個全控型器件串聯(lián)組成，所述的電容組(61)由一個或多個電容串并聯(lián)組成。
6.按照權(quán)利要求1所述的高壓直流斷路器拓?fù)洌涮卣髟谟?所述的級聯(lián)型電容子單元投切模塊(5)中的子單元的結(jié)構(gòu)組成方式之二為:第二類型子單元由電容組(66)、第一二極管組(67)、第二二極管組(68)、第一全控型器件組(69)和第二全控型器件組(70)組成；第一二極管組(67)的陰極與第二二極管組(68)的陰極連接后與電容組(66)的一端(71)連接，第一全控型器件組(69)的發(fā)射極與第二全控型器件組(70)連接然后與電容組(66)的另一端(72)連接，第一二極管組(67)的陽極與第一全控型器件組(69)的集電極連接作為第二類型子單元的第一引出端子(73)，第二二極管組(68)的陽極與第二全控型器件組的集電極連接作為第二類型子單元的第二引出端子(74);所述的第一二極管組(67)、第二二極管組(68)由一個或多個二極管串聯(lián)組成；所述的第一全控型器件組(69)和第二全控型器件組(70)由一個或多個全控型器件串聯(lián)組成；所述的電容組(66)由一個或多個電容串并聯(lián)組成。
7.按照權(quán)利要求1所述的高壓直流斷路器拓?fù)?，其特征在?所述的級聯(lián)型電容子單元投切模塊(5)中的子單元的結(jié)構(gòu)組成方式之三為:第三類型子單元由電容組(75)、第一全控型器件組(76 )、第二全型器件組(77 )和反向串聯(lián)全控型器件組(78 )組成；第一全控型器件組(76)的集電極與電容組(75)的一端(83)連接，電容組(75)的另一端(84)與第二全控型器件組(77)的集電極連接，第二全控型器件組(77)的發(fā)射極與反向串聯(lián)全控型器件組(78)的一端集電極連接，作為第三類型子單元的第二引出端子(82)，第一全控型器件組(76)的發(fā)射極與反向串聯(lián)全控型器件組(78)的另一端發(fā)射極連接，作為第三類型子單元的第一引出端子(81);所述的第一全控型器件組(76)、第二全控型器件組(77)由一個或多個全控型器件串聯(lián)組成；所述的電容組(75)由一個或多個電容串并聯(lián)組成，采用的電容類型為不分正負(fù)極性的電容類型；所述的反向串聯(lián)全控型器件組(78)由第一正向全控型器件組(79)和第二正向全控型器件組(80)反向串聯(lián)組成。
8.按照權(quán)利要求1所述的高壓直流斷路器拓?fù)?，其特征在?所述的級聯(lián)型電容子單元投切模塊(5)中的子單元的結(jié)構(gòu)組成方式之四為:第四類子單元由電容組(90)、全控型器件組(91)、第一二極管組(89)、第二二極管組(85)、第三二極管組(86)、第四二極管組(87)，以及第五二極管組(88)組成；電容組(90)的一端與第一二極管組(89)的陽極(96)連接，第一二極管組(96)的陰極與全控型器件組(91)的集電極(92)連接，電容組(90)的另一端與全控型器件組(91)的發(fā)射極(93)連接，第二二極管組(85)的陽極與第三二極管組(86)的陰極連接作為第四類型子單元的第一引出端子，第二二極管組(85)的陰極與全控型器件組(91)的集電極(92)連接，第三二極管組(86)的陽極與全控型器件組的發(fā)射極(93)連接，第四二極管組(87)的陽極與第五二極管組(88)的陰極連接作為第三類型子單元的第二引出端子(95)，第四二極管組(87)的陰極與全控型器件組(91)的集電極(92)連接，第五二極管組(88)的陽極與全控`型器件組(91)的發(fā)射極(93)連接； 所述的第一二極管組(89)，第二二極管組(85)，第三二極管組(86)，第四二極管組(87)，第五二極管組(88)均由一個或多個二極管串聯(lián)組成；所述的全控型器件組(91)由一個或多個全控型器件串聯(lián)組成；所述的電容組(90)由一個或多個電容串并聯(lián)組成。
9.按照權(quán)利要求1所述的高壓直流斷路器拓?fù)?，其特征在?在直流輸電線路正常運行時，第一電流通路(I)的機械開關(guān)模塊為閉合狀態(tài)，第一電流通路(I)的電力電子開關(guān)模塊為導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)檢測到線路短路故障以后，所述的第二電流通路(2)的級聯(lián)型電容子單元投切模塊(5)的子單元處于電容旁路故障電流直通狀態(tài)，關(guān)斷電力電子開關(guān)模塊(3)，使初始電流通路的電流降為零，然后機械開關(guān)模塊開始打開；故障電流被切換到第二電流通路(2)對所述的第二電流通路(2)的電容子單元充電；延時至機械開關(guān)兩端觸頭間隔距離足夠承受大電壓時，所述的第二電流通路的級聯(lián)型電容子單元投切模塊(5)的各子單元動作至其電容投入狀態(tài)，各子單元中的電容被快速順次投入至第二電流通路(2)中，此時第二電流通路(2)中的第二電流通路電容子單元充電電壓與各避雷器電壓疊加，對故障電流限流，使故障電流最終降為O。
10.按照權(quán)利要求1所述的高壓直流斷路器拓?fù)洌涮卣髟谟?所述的第一電流通路的電力電子開關(guān)模塊由一個或多個半控型器件組成；所述第二電流通路(2)的電容單元(C)由于并聯(lián)了預(yù)充電裝置具備了初始電壓，當(dāng)檢測到線路短路故障以后，所述的第二電流通路的級聯(lián)型電容子單元投切模塊(5)的子單元處于電容旁路故障電流直通狀態(tài)，第二電流通路的電容單元(C)放電使第二電流通路(2)的電流迅速增加，第一電流通路(1)上的電流被迅速轉(zhuǎn)移至第二電流通路(2)，使所述的初始電流通路的電力電子開關(guān)模塊(3)自然關(guān)斷，然后機械開關(guān)模塊(4)開始打開；至機械開關(guān)兩端觸頭間隔距離足夠承受大電壓時，所述的第二電流通路(2)的級聯(lián)型電容子單元投切模塊(5)的各子單元動作至各子單元電容組中的電容投入狀態(tài)，各子單元電容組中的電容被快速順次投入至第二電流通路(2)中，此時第二電流通路(2 )中的電容子單元充電電壓與各避雷器電壓疊加，對故障電流限流，使故障電流最終降為O。
11.按照權(quán)利要求1所述的高壓直流斷路器拓?fù)洌涮卣髟谟?所述的級聯(lián)型電容子單元投切模塊(5)中子單元內(nèi)的電容組兩端均并聯(lián)限壓器，第一電流通路(1)的兩端并聯(lián)限壓器件，第二電流通路(2)的電容單元(C)的兩端并聯(lián)限壓裝置，級聯(lián)型電容子單元投切模塊(5)的兩端并聯(lián)限壓裝置；第一電流通路(1)的第一引出端子與地之間并聯(lián)限壓裝置，第一電流通路(1)的第二引出端子與地之間并聯(lián)限壓裝置。
12.按照權(quán)利要求5、6、7、8中的任一項所述的高壓直流斷路器拓?fù)?，其特征在?所述的第一類型子單元中的二極管組(62)，第四類型子單元中的二極管組(89)用導(dǎo)線代替；所述的第一類型子單元，第二類型子單元，第三類型子單元，第四類型子單元，第五類型子單元中的二極管組均由帶反并聯(lián)二極管的全控性器件組代替。
【文檔編號】H01H9/54GK103681039SQ201310646962
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】朱晉, 韋統(tǒng)振, 肖立業(yè) 申請人:中國科學(xué)院電工研究所