CN105990827B - 一种高压直流断路拓扑电路及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压直流断路拓扑电路，所述拓扑电路串联于高压直流线路中，其特征在于，所述拓扑电路包括：分断电流支路、第一换流桥臂及第二换流桥臂；所述分断电流支路、第一换流桥臂及第二换流桥臂相互并联；其中，所述第一换流桥臂包括第一换流支路及第二换流支路；所述第二换流桥臂包括第三换流支路及第四换流支路；所述第二换流支路包括第二高速机械开关；所述第四换流支路包括第四高速机械开关；所述分断电流支路、第一换流支路、第二换流支路、第三换流支路及第四换流支路中分别设置有控制各支路电流通断的开关器件。本发明还公开了一种高压直流断路实现方法。

Description

一种高压直流断路拓扑电路及实现方法

技术领域

本发明涉及直流输电系统中高压直流断路的相关技术，尤其涉及一种高压直流断路拓扑电路及实现方法。

背景技术

多端高压直流输电系统由于电压等级高、线路阻抗小，一旦发生线路短路故障，将很快影响到直流输电网络和交流网络，必须迅速切除故障，目前常用的开断直流电流的方式有机械式直流断路器、固态直流断路器和混合式直流断路器。机械式直流断路器是在常规机械式交流断路器结构基础上，增加能够在开断直流电流过程中自动形成高频振荡电流过零点的振荡换流回路，这种断路器的触头易被开断电弧损坏，开断能力有限，且故障电流切除时间较长；固态直流断路器采用半控型或全控型电力电子开关器件实现对电流的通、断控制，这种断路器存在电力电子器件容易过压过流、器件通态损耗高、冷却系统笨重等不足之处；混合式高压直流断路器一般采用电力电子开关对机械开关进行分流，采用电容钳位电路为分流的电力电子开关提供正向导通电压，同时对电力电子开关和机械开关进行钳位，但是钳位电容的放电无法精确控制。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种高压直流断路拓扑电路及实现方法，能够快速的分断高压电流，且损耗低、成本小、可靠性高。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种高压直流断路拓扑电路，所述拓扑电路串联于高压直流线路中，所述拓扑电路包括：分断电流支路、第一换流桥臂及第二换流桥臂；所述分断电流支路、第一换流桥臂及第二换流桥臂相互并联；

其中，所述第一换流桥臂包括第一换流支路及第二换流支路；所述第二换流桥臂包括第三换流支路及第四换流支路；所述第二换流支路包括第二高速机械开关；所述第四换流支路包括第四高速机械开关；

所述分断电流支路、第一换流支路、第二换流支路、第三换流支路及第四换流支路中分别设置有控制各支路电流通断的开关器件。

上述方案中，所述分断电流支路包括至少一个分断单元；当所述分断电流支路包括两个或两个以上分断单元时，各个分断单元相互串联；

其中，所述分断单元包括非线性电阻及固态直流断路器；所述非线性电阻与所述固态直流断路器并联。

上述方案中，所述固态直流断路器包括至少一个器件单元；当所述固态直流断路器包括两个或两个以上器件单元时，各个器件单元相互串联。

上述方案中，所述第一换流支路与第二换流支路串联，所述第三换流支路与第四换流支路串联；

所述第一换流支路及第二换流支路中间的节点连接所述高压直流线路的一端，所述第三换流支路及第四换流支路中间的节点连接所述高压直流线路的另一端。

上述方案中，所述第一换流支路包括第一高速机械开关及至少一个第一双向功率半导体开关；所述第一高速机械开关及各第一双向功率半导体开关串联；

所述第三换流支路包括第三高速机械开关及至少一个第二双向功率半导体开关；所述第三高速机械开关及各第二双向功率半导体开关串联。

上述方案中，所述第一双向功率半导体开关及所述第二双向功率半导体开关分别包括至少一个具备双向导通能力的功率半导体器件。

本发明实施例还提供了一种高压直流断路实现方法，所述方法包括：设置拓扑电路串联于高压直流线路中，且所述拓扑电路包括：分断电流支路、第一换流桥臂及第二换流桥臂；所述分断电流支路、第一换流桥臂及第二换流桥臂相互并联；

其中，所述第一换流桥臂包括第一换流支路及第二换流支路；所述第二换流桥臂包括第三换流支路及第四换流支路；所述第二换流支路包括第二高速机械开关；所述第四换流支路包括第四高速机械开关；

控制所述分断电流支路、第一换流支路、第二换流支路、第三换流支路及第四换流支路中设置的开关器件的开关状态，以控制各支路电流的通断。

上述方案中，所述控制所述分断电流支路、第一换流支路、第二换流支路、第三换流支路及第四换流支路中设置的开关器件的开关状态，控制各支路电流的通断，包括：

依据接收的电流断路指令，控制所述开关器件的开关状态，以实现依次断开第二换流支路电流、第三换流支路电流及所述分断电流支路电流；或者，控制所述开关器件的开关状态，以实现依次断开所述第四换流支路电流、第一换流支路电流及所述分断电流支路电流。

本发明实施例所提供的高压直流断路拓扑电路及实现方法，设置拓扑电路串联于高压直流线路中，且所述拓扑电路包括：分断电流支路、第一换流桥臂及第二换流桥臂；所述分断电流支路、第一换流桥臂及第二换流桥臂相互并联；其中，所述第一换流桥臂包括第一换流支路及第二换流支路；所述第二换流桥臂包括第三换流支路及第四换流支路；所述第二换流支路包括第二高速机械开关；所述第四换流支路包括第四高速机械开关；控制所述分断电流支路、第一换流支路、第二换流支路、第三换流支路及第四换流支路中设置的开关器件，控制各支路电流的通断。如此，能够适应高压直流线路的双向电流，在线路发生短路等故障时，快速的分断高压电流，且损耗低、成本小、可靠性高。

附图说明

图1为本发明实施例高压直流断路拓扑电路示意图；

图2为本发明实施例一高压直流断路实现方法流程示意图；

图3为本发明实施例高压直流断路拓扑电路第一状态示意图；

图4为本发明实施例高压直流断路拓扑电路第二状态示意图；

图5为本发明实施例高压直流断路拓扑电路第三状态示意图；

图6为本发明实施例二高压直流断路实现方法流程示意图；

图7为本发明实施例高压直流断路拓扑电路第四状态示意图；

图8为本发明实施例高压直流断路拓扑电路第五状态示意图；

图9为本发明实施例高压直流断路拓扑电路第六状态示意图。

具体实施方式

在本发明实施例中，设置拓扑电路串联于高压直流线路中，且所述拓扑电路包括：分断电流支路、第一换流桥臂及第二换流桥臂；所述分断电流支路、第一换流桥臂及第二换流桥臂相互并联；其中，所述第一换流桥臂包括第一换流支路及第二换流支路；所述第二换流桥臂包括第三换流支路及第四换流支路；所述第二换流支路包括第二高速机械开关；所述第四换流支路包括第四高速机械开关；控制所述分断电流支路、第一换流支路、第二换流支路、第三换流支路及第四换流支路中设置的开关器件，控制各支路电流的通断。

图1为本发明实施例高压直流断路拓扑电路示意图；如图1所示，本发明实施例高压直流断路拓扑电路包括：分断电流支路11、第一换流桥臂12及第二换流桥臂13；所述分断电流支路11、第一换流桥臂12及第二换流桥臂13相互并联；

其中，所述第一换流桥臂12包括第一换流支路121及第二换流支路122；所述第二换流桥臂包括第三换流支路131及第四换流支路132；所述第二换流支路122包括第二高速机械开关125；所述第四换流支路132包括第四高速机械开关135；

所述分断电流支路11、第一换流支路121、第二换流支路122、第三换流支路131及第四换流支路132中分别设置有控制各支路电流通断的开关器件。

进一步的，所述分断电流支路11包括至少一个分断单元111；当所述分断电流支路11包括两个或两个以上分断单元111时，各个分断单元111相互串联；

其中，所述分断单元111包括非线性电阻112及固态直流断路器113；所述非线性电阻112与所述固态直流断路器113并联。

进一步的，所述固态直流断路器113包括至少一个器件单元114；当所述固态直流断路器113包括两个或两个以上器件单元114时，各个器件单元相互串联；

这里，所述器件单元114为至少一个功率半导体器件，当所述器件单元114包括两个或两个以上功率半导体器件时，各个功率半导体器件互相并联；其中，所述功率半导体器件为单向导电半导体器件，且具备导通、关断能力；所述功率半导体器件可以为不带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)；

当所述固态直流断路器113包括两个或两个以上器件单元114时，各个器件单元的布置方向相同，即各个器件单元的电流导通方向一致，既可设置各个器件单元的电流导通方向与当前电流方向相同，也可设置与当前电流方向相反。

进一步的，所述第一换流支路121与第二换流支路串联122，所述第三换流支路131与第四换流支路132串联；

所述第一换流支路121及第二换流支路122中间的节点A连接所述高压直流线路的一端，所述第三换流支路131及第四换流支路132中间的节点B连接所述高压直流线路的另一端。

进一步的，所述第一换流支路121包括第一高速机械开关123及至少一个第一双向功率半导体开关124；所述第一高速机械开关123及各第一双向功率半导体开关124串联；

这里，所述第一高速机械开关123可以有一个或多个，具体可依据实际电压情况进行设置，当所述第一换流支路121包含两个或两个以上第一双向功率半导体开关124时，各个第一双向功率半导体开关的连接方式可依据实际的电压及电流情况进行设置，当并联多个第一双向功率半导体开关时，可提高所述拓扑电路的电流承受能力，当串联多个第一双向功率半导体开关时，可提高所述第一换流支路121的电压承受能力。

所述第三换流支路131包括第三高速机械开关133及至少一个第二双向功率半导体开关134；所述第三高速机械开关133及各第二双向功率半导体开关134串联；

这里，所述第三高速机械开关133可以有一个或多个，具体可依据实际电压情况进行设置，当所述第三换流支路131包含两个或两个以上第二双向功率半导体开关134时，各个第二双向功率半导体开关的连接方式可依据实际的电压及电流情况进行设置，当并联多个第二双向功率半导体开关时，可提高所述拓扑电路的电流承受能力，当串联多个第二双向功率半导体开关时，可提高所述第三换流支路131的电压承受能力。

在本发明实施例中所述第一高速机械开关123、第二高速机械开关125、第三高速机械开关133及第四高速机械开关135均可承受很高的分断电压，如600KV，且分断速度快，通常为1ms～3ms，这可大大加快对所述高压直流线路的分断速度。

由于本申请中由第二高速机械开关125构成的第二换流支路122及由第四高速机械开关135构成的第四换流支路132串联组合而成的“机械开关支路”仅含有高速机械开关，因此，该“机械开关支路”的等效电阻非常小，在所述高压直流线路正常工作时，由于所述“机械开关支路”的导通阻抗极低，所述高压直流线路中的电流流经所述“机械开关支路”，并旁路所述拓扑电路中除所述“机械开关支路”以外的其它支路，如此使得所述拓扑电路的损耗很低，几乎实现了所述高压直流线路导通状态的零损耗，如此也无需配置冷却系统；且由于在所述高压直流线路导通状态下仅有高速机械开关串入线路，与现有技术中串入功率半导体器件相比，可靠性更高。

进一步的，所述第一双向功率半导体开关124及所述第二双向功率半导体开关134分别包括至少一个具备双向导通能力的功率半导体器件；

这里，当所述第一双向功率半导体开关124及所述第二双向功率半导体开关134分别包括两个或两个以上具备双向导通能力的功率半导体器件时，各个具备双向导通能力的功率半导体器件既可串联设置，具体依据实际情况的电压进行设置；

所述具备双向导通能力的功率半导体器件的两个导通方向至少有一个导通方向是可控制的，在一实施例中，所述具备双向导通能力的功率半导体器件可以为带有反并联二极管的IGBT；

在由第一换流支路121及第三换流支路131串联组成的“混合支路”中，在同一主干电流方向上，所述第一双向功率半导体开关124及所述第二双向功率半导体开关134的布置方向相反。

进一步的，所述分断电流支路11具备分断线路单方向电流的能力，而在电流分断后会在第一换流支路121及第三换流支路131中间的节点C与第二换流支路122及第四换流支路132中间的节点D之间产生很高的分断电压，通常会到几百千伏，因此需要所述分断电流支路11中包含多个器件单元114，在一实施例中，所述分断电流支路11中包含的器件单元114的数量需大于100个，因此，所述分断电流支路11的导通电阻远远大于所述“混合支路”的导通电阻。

由于所述分断电流支路11的导通电阻远远大于所述“混合支路”的导通电阻，且所述“机械开关支路”的导通阻抗几乎为零，因此，在分断模式下，即接收到电流断路指令时，可依据所述高压直流线路的电流方向，选择性的断开所述第二换流支路122或所述第四换流支路132中的高速机械开关，分断高速机械开关产生的电弧电压，会使电流换向到所述“混合支路”，这是由于高速机械开关产生的电弧电压通常在10V到20V之间，所述“混合支路”仅含有少量的功率半导体器件串联，而所述分断电流支路11中却包含上百个功率半导体器件，每个功率半导体器件导会需要不到1V的电压，所述由于高速机械开关产生的电弧电压不能达到所述分断电流支路11的换流要求；

当电流换向到所述“混合支路”后，依据所述高压直流线路的电流方向，选择性的断开所述第一双向功率半导体开关124或所述第二双向功率半导体开关134中与当前高压直流线路的电流方向相同方向的电流，以使高压直流线路的电流换向至所述分断电流支路11；

当电流换向至所述分断电流支路11后，依据实际情况断开所述分断电流支路11中的至少一个固态直流断路器，以使高压直流线路电流换向到所述分断电流支路11中的非线性电阻，最后断开未断开的支路电流，完成整个分断过程。

图2为本发明实施例高压直流断路实现方法流程示意图；如图2所示，本发明实施例高压直流断路实现方法包括：

步骤201：设置拓扑电路串联于高压直流线路中；

这里，所述拓扑电路包括：分断电流支路、第一换流桥臂及第二换流桥臂；所述分断电流支路、第一换流桥臂及第二换流桥臂相互并联；所述第一换流桥臂包括第一换流支路及第二换流支路；所述第二换流桥臂包括第三换流支路及第四换流支路；

具体的，所述分断电流支路包括至少一个分断单元；当所述分断电流支路包括两个或两个以上分断单元时，各个分断单元相互串联；

其中，所述分断单元包括非线性电阻及固态直流断路器；所述非线性电阻与所述固态直流断路器并联。

进一步的，所述固态直流断路器包括至少一个器件单元；当所述固态直流断路器包括两个或两个以上器件单元时，各个器件单元相互串联；

这里，所述器件单元为至少一个功率半导体器件，当所述器件单元包括两个或两个以上功率半导体器件时，各个功率半导体器件互相并联；其中，所述功率半导体器件为单向导电半导体器件，且具备导通、关断能力；

在本实施例中，所述功率半导体器件为IGBT；

在本实施例中，设定所述分断电流支路可以承受400KV的分断电压，考虑一定裕量，选取并联的两个4.5kV/1.6kA的IGBT作为一个器件单元，每个固态直流断路器包括100个器件单元，所述分断电流支路包括两个分断单元；其中，各个IGBT的布置方向相同，即各个IGBT的电流导通方向一致；

所述高压直流线路中的电流方向可以包括两个电流方向，如图1所示X方向及Y方向；在本实施例中，当前高压直流线路中的电流方向为X方向，设定各个IGBT的电流导通方向均与所述X方向相同，即图1中节点C到节点D方向，当然也可设定各个IGBT的电流导通方向均与所述Y方向相同。

进一步的，所述第一换流支路与第二换流支路串联，所述第三换流支路与第四换流支路串联；

所述第一换流支路及第二换流支路中间的节点A连接所述高压直流线路的一端，所述第三换流支路及第四换流支路中间的节点B连接所述高压直流线路的另一端。

进一步的，所述第一换流支路包括第一高速机械开关及至少一个第一双向功率半导体开关；所述第一高速机械开关及各第一双向功率半导体开关串联；

这里，所述第一高速机械开关可以有一个或多个，具体可依据实际电压情况进行设置，当所述第一换流支路包含两个或两个以上第一双向功率半导体开关时，各个第一双向功率半导体开关的连接方式可依据实际的电压及电流情况进行设置，当并联多个第一双向功率半导体开关时，可提高所述拓扑电路的电流承受能力，当串联多个第一双向功率半导体开关时，可提高所述第一换流支路的电压承受能力；

在本实施例中，所述第一换流支路包括一个高速机械开关及一个第一双向功率半导体开关，所述第一双向功率半导体开关为带有反并联二极管的4.5kV/1.6kA的IGBT。

所述第二换流支路包括第二高速机械开关。

所述第三换流支路包括第三高速机械开关及至少一个第二双向功率半导体开关；所述第三高速机械开关及各第二双向功率半导体开关串联；

这里，所述第三高速机械开关可以有一个或多个，具体可依据实际电压情况进行设置，当所述第三换流支路包含两个或两个以上第二双向功率半导体开关时，各个第二双向功率半导体开关的连接方式可依据实际的电压及电流情况进行设置，当并联多个第二双向功率半导体开关时，可提高所述拓扑电路的电流承受能力，当串联多个第二双向功率半导体开关时，可提高所述第三换流支路的电压承受能力；

在本实施例中，所述第三换流支路包括一个高速机械开关及三个第二双向功率半导体开关，所述第二双向功率半导体开关为带有反并联二极管的4.5kV/1.6kA的IGBT。

所述第四换流支路包括第四高速机械开关。

在本发明实施例中所述高速机械开关均可承受很高的分断电压，如600KV，且分断速度快，通常为1ms～3ms，这可大大加快对所述高压直流线路的分断速度。

进一步的，在由第一换流支路及第三换流支路串联组成的“混合支路”中，在同一主干电流方向上，所述第一双向功率半导体开关及所述第二双向功率半导体开关的布置方向相反，如图1所示。

需要说明的是，本步骤仅需在首次应用本实施例所述方法时执行即可，后续可直接应用。

步骤202：接收电流断路指令，并确定当前高压直流线路中的电流方向；

这里，确定当前高压直流线路中的电流方向为X方向，则当前高压直流线路流经由第二换流支路及第四换流支路组成的“机械开关支路”，如图3所示。

步骤203：关断第二换流支路中的高速机械开关；

这里，关断第二换流支路中的高速机械开关之后，分断高速机械开关的电弧电压将所述高压直流线路的电流换向由第一换流支路及第三换流支路串联组成的“混合支路”，如图4所示。

步骤204：依次关断第三换流支路中的第二双向功率半导体开关及第三换流支路中的高速机械开关；

这里，关断第三换流支路中的高速机械开关的目的是防止高压将所述第二双向功率半导体开关损坏，本步骤之后，高压直流线路电流将换向至分断电流支路，如图5所示。

步骤205：断开所述分断电流支路中的固态直流断路器中的电流；

这里，可以依据实际情况确定关断所述分断电流支路中的固态直流断路器的数目，在本实施例中，控制分断电流支路中两个固态直流断路器中的所有IGBT关断；

本步骤之后，所述高压直流线路电流换向至所述分断电流支路中的非线性电阻。

步骤206：关断第一换流支路中高速机械开关及第四换流支路中高速机械开关。

图6为本发明实施例二高压直流断路实现方法流程示意图；如图6所示，本发明实施例高压直流断路实现方法包括：

步骤601：设置拓扑电路串联于高压直流线路中；

这里，所述拓扑电路包括：分断电流支路、第一换流桥臂及第二换流桥臂；所述分断电流支路、第一换流桥臂及第二换流桥臂相互并联；所述第一换流桥臂包括第一换流支路及第二换流支路；所述第二换流桥臂包括第三换流支路及第四换流支路；

具体的，所述分断电流支路包括至少一个分断单元；当所述分断电流支路包括两个或两个以上分断单元时，各个分断单元相互串联；

其中，所述分断单元包括非线性电阻及固态直流断路器；所述非线性电阻与所述固态直流断路器并联。

进一步的，所述固态直流断路器包括至少一个器件单元；当所述固态直流断路器包括两个或两个以上器件单元时，各个器件单元相互串联；

这里，所述器件单元为至少一个功率半导体器件，当所述器件单元包括两个或两个以上功率半导体器件时，各个功率半导体器件互相并联；其中，所述功率半导体器件为单向导电半导体器件，且具备导通、关断能力；

在本实施例中，所述功率半导体器件为IGBT；

在本实施例中，所述器件单元为一个4.5kV/1.6kA的IGBT，每个固态直流断路器包括100个器件单元，所述分断电流支路包括两个分断单元；其中，各个IGBT的布置方向相同，即各个IGBT的电流导通方向一致；

所述高压直流线路中的电流方向可以包括两个电流方向，如图1所示X方向及Y方向；在本实施例中，当前高压直流线路中的电流方向为Y方向，设定各个IGBT的电流导通方向均与所述X方向相同，即图1中节点C到节点D方向。

进一步的，所述第一换流支路与第二换流支路串联，所述第三换流支路与第四换流支路串联；

所述第一换流支路及第二换流支路中间的节点A连接所述高压直流线路的一端，所述第三换流支路及第四换流支路中间的节点B连接所述高压直流线路的另一端。

进一步的，所述第一换流支路包括第一高速机械开关及至少一个第一双向功率半导体开关；所述第一高速机械开关及各第一双向功率半导体开关串联；

这里，所述第一高速机械开关可以有一个或多个，具体可依据实际电压情况进行设置，当所述第一换流支路包含两个或两个以上第一双向功率半导体开关时，各个第一双向功率半导体开关的连接方式可依据实际的电压及电流情况进行设置，当并联多个第一双向功率半导体开关时，可提高所述拓扑电路的电流承受能力，当串联多个第一双向功率半导体开关时，可提高所述第一换流支路的电压承受能力；

在本实施例中，所述第一换流支路包括一个高速机械开关及一个第一双向功率半导体开关，所述第一双向功率半导体开关为带有反并联二极管的4.5kV/1.6kA的IGBT。

所述第二换流支路包括第二高速机械开关。

所述第三换流支路包括第三高速机械开关及至少一个第二双向功率半导体开关；所述第三高速机械开关及各第二双向功率半导体开关串联；

这里，所述第三高速机械开关可以有一个或多个，具体可依据实际电压情况进行设置，当所述第三换流支路包含两个或两个以上第二双向功率半导体开关时，各个第二双向功率半导体开关的连接方式可依据实际的电压及电流情况进行设置，当并联多个第二双向功率半导体开关时，可提高所述拓扑电路的电流承受能力，当串联多个第二双向功率半导体开关时，可提高所述第三换流支路的电压承受能力；

在本实施例中，所述第三换流支路包括一个高速机械开关及三个第二双向功率半导体开关，所述第二双向功率半导体开关为带有反并联二极管的4.5kV/1.6kA的IGBT。

所述第四换流支路包括第四高速机械开关。

在本发明实施例中所述高速机械开关均可承受很高的分断电压，如600KV，且分断速度快，通常为1ms～3ms，这可大大加快对所述高压直流线路的分断速度。

进一步的，在由第一换流支路及第三换流支路串联组成的“混合支路”中，在同一主干电流方向上，所述第一双向功率半导体开关及所述第二双向功率半导体开关的布置方向相反，如图1所示。

需要说明的是，本步骤仅需在首次应用本实施例所述方法时执行即可，后续可直接应用。

步骤602：接收电流断路指令，并确定当前高压直流线路中的电流方向；

这里，确定当前高压直流线路中的电流方向为Y方向，则当前高压直流线路流经由第二换流支路及第四换流支路组成的“机械开关支路”，如图7所示。

步骤603：关断第四换流支路中的高速机械开关；

这里，关断第四换流支路中的高速机械开关之后，分断高速机械开关的电弧电压将所述高压直流线路的电流换向由第三换流支路及第一换流支路串联组成的“混合支路”，如图8所示。

步骤604：依次关断第一换流支路中的第一双向功率半导体开关及第一换流支路中的高速机械开关；

这里，关断第一换流支路中的高速机械开关的目的是防止高压将所述第一双向功率半导体开关损坏，本步骤之后，高压直流线路电流将换向至分断电流支路，如图9所示。

步骤605：断开所述分断电流支路中的固态直流断路器中的电流；

这里，可以依据实际情况确定关断所述分断电流支路中的固态直流断路器的数目，在本实施例中，控制关断分断电流支路中两个固态直流断路器中的所有IGBT；

本步骤之后，所述高压直流线路电流换向至所述分断电流支路中的非线性电阻。

步骤606：关断第三换流支路中高速机械开关及第二换流支路中高速机械开关。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高压直流断路拓扑电路，所述拓扑电路串联于高压直流线路中，其特征在于，所述拓扑电路包括：分断电流支路、第一换流桥臂及第二换流桥臂；所述分断电流支路、第一换流桥臂及第二换流桥臂相互并联；

其中，所述第一换流桥臂包括第一换流支路及第二换流支路；所述第二换流桥臂包括第三换流支路及第四换流支路；所述第二换流支路仅设置有第二高速机械开关；所述第四换流支路仅设置有第四高速机械开关；

所述分断电流支路、第一换流支路、第二换流支路、第三换流支路及第四换流支路中分别设置有控制各支路电流通断的开关器件；

所述第一换流支路包括第一高速机械开关及至少一个第一双向功率半导体开关；所述第一高速机械开关及各第一双向功率半导体开关串联；

所述第三换流支路包括第三高速机械开关及至少一个第二双向功率半导体开关；所述第三高速机械开关及各第二双向功率半导体开关串联。

2.根据权利要求1所述拓扑电路，其特征在于，所述分断电流支路包括至少一个分断单元；当所述分断电流支路包括两个或两个以上分断单元时，各个分断单元相互串联；

其中，所述分断单元包括非线性电阻及固态直流断路器；所述非线性电阻与所述固态直流断路器并联。

3.根据权利要求2所述拓扑电路，其特征在于，所述固态直流断路器包括至少一个器件单元；当所述固态直流断路器包括两个或两个以上器件单元时，各个器件单元相互串联。

4.根据权利要求1或2所述拓扑电路，其特征在于，所述第一换流支路与第二换流支路串联，所述第三换流支路与第四换流支路串联；

所述第一换流支路及第二换流支路中间的节点连接所述高压直流线路的一端，所述第三换流支路及第四换流支路中间的节点连接所述高压直流线路的另一端。

5.根据权利要求4所述拓扑电路，其特征在于，所述第一双向功率半导体开关及所述第二双向功率半导体开关分别包括至少一个具备双向导通能力的功率半导体器件。

6.一种高压直流断路实现方法，其特征在于，所述方法包括：设置拓扑电路串联于高压直流线路中，且所述拓扑电路包括：分断电流支路、第一换流桥臂及第二换流桥臂；所述分断电流支路、第一换流桥臂及第二换流桥臂相互并联；

其中，所述第一换流桥臂包括第一换流支路及第二换流支路；所述第二换流桥臂包括第三换流支路及第四换流支路；所述第二换流支路仅设置有第二高速机械开关；所述第四换流支路仅设置有第四高速机械开关；

控制所述分断电流支路、第一换流支路、第二换流支路、第三换流支路及第四换流支路中设置的开关器件的开关状态，以控制各支路电流的通断；

所述第一换流支路包括第一高速机械开关及至少一个第一双向功率半导体开关；所述第一高速机械开关及各第一双向功率半导体开关串联；

所述第三换流支路包括第三高速机械开关及至少一个第二双向功率半导体开关；所述第三高速机械开关及各第二双向功率半导体开关串联。

7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述控制所述分断电流支路、第一换流支路、第二换流支路、第三换流支路及第四换流支路中设置的开关器件的开关状态，控制各支路电流的通断，包括：

依据接收的电流断路指令，控制所述开关器件的开关状态，以实现依次断开第二换流支路电流、第三换流支路电流及所述分断电流支路电流；或者，控制所述开关器件的开关状态，以实现依次断开所述第四换流支路电流、第一换流支路电流及所述分断电流支路电流。