CN108597926A - 一种混合式直流断路器拓扑结构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合式直流断路器拓扑结构及其控制方法，拓扑结构中引入了三组二极管，同时将限流电感平均分成两部分，安装在断路器两端，并引入了一个带反并联二极管的。所述直流断路器包括：机械开关支路；二极管组，包括二极管桥臂D₁～D₄及接地二极管组D₅；固态开关支路，由子模块串联组成；限压吸能支路，并联在固态开关支路的两端；所述直流断路器还包括设置在固态开关支路及二极管桥臂D₁及D₂之间的T₁，为一个带有反并联二极管的IGBT，用来配合快速机械开关进行合闸操作。本发明的混合式直流断路器拓扑结构能有效减少故障电流切除总时间，加快短路故障切除速度，并降低对避雷器通流容量的要求，解决了断路器合闸操作时与隔离开关配合使用的问题。

Description

一种混合式直流断路器拓扑结构及其控制方法

技术领域

本发明涉及电气技术领域，特别是涉及一种混合式直流断路器拓扑结构及其控制方法。

背景技术

与交流输电相比，高压直流输电具有输电线路建设费用低、功率调节简单易行、无稳定性问题等优点，适用于超高压、大容量、远距离输电。直流系统的阻尼较低，与交流系统相比，直流系统的控制保护难度更大，并且对基于全控型半导体器件的柔性直流输电系统而言，器件耐受过电流的能力较弱，故障电流可能在数毫秒内超过器件的最高耐受值，使关键器件乃至整个换流站损毁，因此有必要快速限制并切断故障电流，以维持直流电网安全稳定运行并保护电网中的关键设备，高压直流断路器成为有效甚至唯一的技术手段。由于直流故障电流没有自然过零点，切断故障电流过程中产生的电弧很难熄灭，这使得直流断路器的设计与交流断路器相比较困难。

现有的强迫换流型混合式直流断路器方案根据其固态开关支路结构的不同可分为两类：

一类是固态开关支路由电力电子器件(一般为IGBT)串联构成的强迫换流型混合式直流断路器称为基于IGBT串联的混合式直流断路器，典型方案为ABB公司与2012年提出的拓扑结构，如图2所示。该方案高压应用场合下需解决大量IGBT串联动态均压、关断的同步性等问题，工程实现上难度较大，目前只有ABB公司掌握大数量级IGBT串联同步驱动及动态均压的工程应用技术。

另一类是固态开关支路由子模块(例如H桥)级联构成的强迫换流型混合式直流断路器称为基于子模块级联的混合式直流断路器。典型方案为在期刊《电力系统自动化》2013年，第37卷，第15期，第95至102页中刊登“柔性直流输电网用新型高压直流断路器设计方案”一文(作者魏晓光等)提出的拓扑方案，如图3(a)所示，图3(b)-图3(c)为现有方案中的两种子模块的拓扑结构图，该方案将大量IGBT的串联动态均压问题转换为子模块电容的均压，依照现有技术，工程技术上实现比较容易，缺点是使用电力电子器件的数量较多，成本较高，体积较大，故障电流切除速度变慢，合闸操作时与隔离开关的配合使用存在问题。

综上所述，现有技术中的混合式直流断路器，尤其是固态开关支路由子模块级联构成的强迫换流型混合式直流断路器存在着故障切除速度较慢，合闸操作时与隔离开关的配合使用存在问题等缺点，对此尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种混合式直流断路器拓扑结构，本发明的混合式直流断路器拓扑结构中引入了三组二极管D₃～D₄，同时将限流电感L平均分成两部分L₁和L₂，安装在断路器两端，可以有效减少故障电流切除总时间，加快短路故障切除速度，也降低了对避雷器通流容量的要求，使用的器件数量较少，减小了装置的体积；同时引入了一个带有反并联二极管的IGBT(T₁)，解决了断路器合闸操作时与隔离开关配合使用的问题。此外，由于本方案中的固态开关支路采用子模块级联的形式，避开了大量IGBT串联动态均压的难题，工程技术上实现较为容易。

一种混合式直流断路器拓扑结构，所述直流断路器包括：

机械开关支路，由快速机械开关和辅助换流开关串联组成，所述快速机械开关具有零电流状态下快速分断电路的功能，所述辅助换流开关实现电流的双向流动；

二极管组，包括二极管桥臂D₁～D₄及接地二极管组D₅，所述二极管桥臂分两组均并联在机械开关支路上，所述两组二极管桥臂之间连接有固态开关支路；

固态开关支路，由子模块级联构成，每个子模块由一个带有反并联二极管的IGBT、一个二极管、一个电容和一个电阻组成，电阻并联在电容两端；

限压吸能支路，并联在固态开关支路的两端，用于限制直流断路器在切除故障电流过程中产生的瞬态过电压；以及吸收限流电感和线路电感中储存的能量；

所述直流断路器还包括设置在固态开关支路及二极管桥臂D₁及D₂之间的T₁，为一个带有反并联二极管的IGBT，用来配合快速机械开关进行合闸操作。

进一步的，所述直流断路器还包括分别安装在直流断路器两端的电感L₁和L₂，所述电感L₁和L₂为限流电感L平均分成的两部分。

进一步的，所述快速机械开关是带有轻量级触点系统的隔离开关，采用Thomsm传动装置加快了分断速度，同时采用了六氟化硫作为绝缘介质，增加了触头间的绝缘强度，其开断时间为2ms。

进一步的，所述辅助换流开关由两个反向串联的压接式IGBT构成，以便实现电流的双向流动。

进一步的，所述限压吸能支路由避雷器构成。

一种混合式直流断路器拓扑结构的控制方法，包括切除短路故障步骤，具体为：

假设系统正常运行时电流从直流断路器左侧流向右侧，短路故障发生在断路器右端，将断路器左侧称为非故障侧，右侧称为故障侧；

第一阶段(t₀～t₁):t₀时刻发生短路故障，此阶段的时间用于故障检测和逻辑判断，故障电流逐渐上升；

第二阶段(t₂～t₃)：t₂时刻，首先导通固态开关支路各个子模块中的IGBT和T₁，然后关断机械开关支路中的辅助换流开关，迫使故障电流迅速换流至固态开关支路；

第三阶段(t₃～t₄)：t₃时刻，当流过超快速机械开关支路电流为零时，发出机械开关分闸信号，快速机械开关经过一定的机械延时后触头开始分离；

第四阶段(t₃～t₄)：t₃时刻，快速机械开关分断完成，关断固态开关支路各个子模块中的IGBT，T₁仍然处于导通状态，故障电流开始给电容充电；

第五阶段(t₄～t₅)：t₄时刻，各个子模块电容电压之和即避雷器两端的电压达到避雷器的动作电压；

第六阶段(t₅～t₆)：t₅时刻，电容电流下降为零，各个子模块电容电压之和以及避雷器两端的电压达到避雷器的保护水平，故障电流完全转移至限压吸能支路。

进一步的，所述第二阶段中，快速机械开关处于闭合状态，辅助换流开关T₀所承受的电压即为机械开关支路两端的电压，由于固态开关支路中的IGBT导通，因此辅助换流开关T₀所承受的电压为固态开关支路的导通压降与二极管桥臂D₁和D₃的导通压降之和。

进一步的，所述第三阶段中，由于固态开关支路处于导通状态，因此快速机械开关两端的电压即为固态开关支路的导通压降与二极管桥臂D₁和D₃的导通压降之和。

进一步的，所述第四阶段中，故障电流开始给电容充电，电容电压快速上升，避雷器两端的电压和二极管桥臂D₂、D₄所承受的反向电压均为各个子模块电容电压之和，各个子模块中的IGBT所承受的电压为子模块中电容的电压。

进一步的，所述第五阶段中，故障电流开始向避雷器转移，避雷器电流逐渐增大，电容电流逐渐下降，但电容电压仍然在增大，断路器两端的电压、二极管桥臂D₂、D₄所承受的反向电压和各个子模块中的IGBT所承受的电压都在增大。

进一步的，所述第六阶段中，限压吸能支路吸收非故障侧限流电感L₁中能量，非故障侧线路中的电流逐渐衰减为零，限压吸能支路两端的电压即断路器两端的电压下降为直流电源的电压，而故障侧限流电感L₂和线路电感中的能量则由公共的接地线，接地二极管组D₅,和二极管桥臂D₃组成的通路来释放。

进一步的，所述第六阶段的t₆时刻，非故障侧线路电流下降为零，此时分断隔离开关K₁，隔离故障线路。

上述一种混合式直流断路器拓扑结构的控制方法还包括合闸步骤，具体包括：

在接收到合闸指令后，首先闭合快速机械开关；

当检测到快速机械开关合闸完成后再导通固态开关支路子模块中的IGBT和T₁，同时发出机械开关合闸信号

由于IGBT的开关速度远高于快速机械开关，固态开关支路子模块中的IGBT和T₁瞬间导通，固态开关支路电流开始上升，机械开关支路两端的电压为固态开关支路的导通压降与二极管桥臂D₁和D₃的导通压降之和；

由于快速机械开关合闸动作存在延时，因此在固态开关支路子模块中的IGBT和T₁导通后，快速机械开关才开始闭合，快速机械开关在零电流低电压的环境下合闸；

检测到快速机械开关支路合闸完成后，首先导通机械开关支路中的辅助换流开关，线路电流开始向机械开关支路转移，经过一段时间后，关断固态开关支路子模块中的IGBT和T₁，线路电流全部转移至机械开关支路，至此断路器完成整个合闸过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明导通固态开关支路各个子模块中的IGBT和T₁，然后关断机械开关支路中的辅助换流开关T₀，迫使故障电流迅速换流至固态开关支路，由于是强迫换流方式，因此换流时间很短，只需要几个微秒。

2、本发明由于固态开关支路处于导通状态，因此快速机械开关两端的电压即为固态开关支路的导通压降与二极管桥臂D₁和D₃的导通压降之和，电压很小，快速机械开关在零电流低电压的环境下分断，不会产生电弧，实现了无弧分断。

3、本发明引入接地二极管组D₅，将限流电感L平均分成两部分L₁和L₂，并安装在断路器两端，一方面可减少避雷器吸收的能量，缩短了避雷器吸收能量所用的时间，进而缩短了故障电流切除总时间，使得非故障侧限流电流尽快下降到零，减少了非故障侧设备和器件承受过电流的时间，有利于保护设备和器件；另一方面也降低了对避雷器通流容量的要求，减小了对避雷器的压力，可以减小体积，延长避雷器的使用寿命。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明拓扑结构示意图；

图1(a)为本发明子模块的结构示意图；

图2为现有方案中ABB公司提出的基于IGBT串联的混合式直流断路器拓扑结构图；

图3(a)为现有方案中的基于子模块级联的混合式直流断路器整体的拓扑结构图；

图3(b)-图3(c)为现有方案中的两种子模块的拓扑结构图；

图4为断路器切除短路故障过程中的电流电压波形图；

图5(a)-图5(e)为短路故障切除过程示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在直流断路器拓扑结构的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种混合式直流断路器拓扑结构及其控制方法。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种混合式直流断路器拓扑结构，该一种混合式直流断路器拓扑结构具有双向阻断功能。黑色虚线框内为直流断路器本体，K1、K2为隔离开关，L1、L2为限流电感。由于直流电力系统的故障电流上升率较快，现有阶段直流断路器的开断时间难以满足，在实际应用中需要串联限流电感来限制故障电流的上升率，与直流断路器配合使用。本文提出的直流断路器在应用时，需要将限流电感L平均分成两部分：L1和L2，如图1所示，分别安装在直流断路器的两端。

直流断路器主要由四部分组成，分别是机械开关支路，固态开关支路，限压吸能支路，二极管组D₁～D₅和IGBT(T₁)。其中，机械开关支路是由快速机械开关和辅助换流开关组成，快速机械开关具有零电流状态下快速分断电路的能力。ABB公司研制的直流断路器样机中，机械开关采用的是带有轻量级触点系统的隔离开关，采用Thomsm传动装置加快了分断速度，同时采用了六氟化硫(SF6)作为绝缘介质，增加了触头间的绝缘强度，其开断时间为2ms。图1所示直流断路器中的快速机械开关即采用ABB公司研制的超快速机械开关。辅助换流开关由两个反向串联的压接式IGBT构成，以便实现电流的双向流动。固态开关支路由子模块串联组成，子模块的拓扑结构如图1(a)所示。每个子模块由一个带有反并联二极管的IGBT、一个二极管、一个电容和一个电阻组成。电阻并联在电容两端，用来泄放故障切除完成后储存在电容中的能量，使电容电压降为零，以便断路器能继续投入以便下次使用，Rc的取值较大，一般为kΩ级。限压吸能支路由避雷器构成，避雷器本质上是压敏电阻，现在使用的多是金属氧化物压敏电阻，材料为氧化锌。避雷器作用有两方面：一是限制直流断路器在切除故障电流过程中产生的瞬态过电压，避免对电力电子器件和设备绝缘造成损害；二是吸收限流电感和线路电感中储存的能量。

此外本申请中将二极管组D₁～D₄称为二极管桥臂，将二极管组D₅称为接地二极管组。T₁为一个带有反并联二极管的IGBT，用来配合隔离开关进行合闸操作。

本发明的另一中具体实施例子中，公开了该混合式直流断路器拓扑结构的切除短路故障过程：

假设系统正常运行时电流从L₁流向L₂，短路故障发生在断路器右端。将断路器左侧称为非故障侧，右侧称为故障侧。切除短路故障过程中断路器的电流电压波形如图4所示。其中，i_s为机械开关支路电流，i_T为固态开关支路电流，i_mov为限压吸能支路电流，即避雷器电流，u_DB为断路器两端的电压。切除短路故障过程可分为如下几个阶段：

(1)第一阶段(t₀～t₁):t₀时刻发生短路故障，此阶段的时间用于故障检测和逻辑判断，故障电流逐渐上升，电流流通路径如图5(a)中实线所示。

(2)第二阶段(t₂～t₃)：t₂时刻，首先导通固态开关支路各个子模块中的IGBT和T₁，然后关断机械开关支路中的辅助换流开关T₀，迫使故障电流迅速换流至固态开关支路，由于是强迫换流方式，因此换流时间很短，只需要几个微秒。此阶段中快速机械开关处于闭合状态，辅助换流开关T₀所承受的电压即为机械开关支路两端的电压。由于固态开关支路中的IGBT导通，因此辅助换流开关T₀所承受的电压为固态开关支路的导通压降与二极管桥臂D₁和D₃的导通压降之和，电压很小，所以辅助换流开关T₀只需要串联少量的IGBT即可。

(3)第三阶段(t₃～t₄)：t₃时刻，当流过超快速机械开关支路电流为零时，发出机械开关分闸信号，快速机械开关经过一定的机械延时后触头开始分离。由于固态开关支路处于导通状态，因此快速机械开关两端的电压即为固态开关支路的导通压降与二极管桥臂D₁和D₃的导通压降之和，电压很小，快速机械开关在零电流低电压的环境下分断，不会产生电弧，实现了无弧分断。快速机械开关从接收分闸信号到触头间产生有效开距，即能承受瞬态过电压，大约用时2ms。此阶段电流流通路径如图5(b)中实线所示，故障电流继续上升。

(4)第四阶段(t₃～t₄)：t₃时刻，快速机械开关分断完成，关断固态开关支路各个子模块中的IGBT，T₁仍然处于导通状态，故障电流开始给电容充电，电容电压快速上升，避雷器两端的电压和二极管桥臂D₂、D₄所承受的反向电压均为各个子模块电容电压之和，各个子模块中的IGBT所承受的电压为子模块中电容的电压。此阶段的电流流通路径如图5(c)中实线所示。

(5)第五阶段(t₄～t₅)：t₄时刻，各个子模块电容电压之和即避雷器两端的电压达到避雷器的动作电压，故障电流开始向避雷器转移，避雷器电流逐渐增大，电容电流逐渐下降，但电容电压仍然在增大，断路器两端的电压、二极管桥臂D₂、D₄所承受的反向电压和各个子模块中的IGBT所承受的电压都在增大。

(6)第六阶段(t₅～t₆)：t₅时刻，电容电流下降为零，各个子模块电容电压之和以及避雷器两端的电压达到避雷器的保护水平，故障电流完全转移至限压吸能支路。该时刻，二极管桥臂D₂、D₄所承受的反向电压最大，为避雷器的保护水平，固态开关支路子模块中的IGBT所承受的电压也最大，为子模块中电容的电压。可见，断路器切除短路故障过程中产生的瞬态过电压由避雷器的保护水平决定，瞬态过电压即为避雷器的保护水平。前五个阶段中流过非故障侧和故障侧线路的电流相等，都为故障电流。该阶段，避雷器吸收非故障侧限流电感L₁中能量，非故障侧线路中的电流逐渐衰减为零，避雷器两端的电压即断路器两端的电压下降为直流电源的电压。而故障侧限流电感L₂和线路电感中的能量则由公共的接地线，接地二极管组D₅,和二极管桥臂D₃组成的通路来释放，由于二极管的阻抗较小，因此能量释放比较缓慢，故障侧线路电流的衰减速度较慢。该阶段的电流流通路径如图5(d)中实线所示。因此，引入接地二极管组D₅，将限流电感L平均分成两部分L₁和L₂，并安装在断路器两端，一方面可减少避雷器吸收的能量，缩短了避雷器吸收能量所用的时间，进而缩短了故障电流切除总时间，使得非故障侧限流电流尽快下降到零，减少了非故障侧设备和器件承受过电流的时间，有利于保护设备和器件；另一方面也降低了对避雷器通流容量的要求，减小了对避雷器的压力，可以减小体积，延长避雷器的使用寿命。

t₆时刻，非故障侧线路电流下降为零，此时分断隔离开关K₁，隔离故障线路，需要注意此时故障侧限流电感和限流电感中的能量还没有释放完，故障侧线路电流不为零，但不会对非故障侧的设备和器件造成影响，至此完成整个短路故障切除过程。t₆时刻之后的电流流通路径如图5(e)中实线所示。当隔离开关可靠分断后，关断T₁。另外，t₅时刻之后，固态开关支路各个子模块中的电容通过与其并联电阻放电，泄放电容中储存的能量，使电容电压降为零，以便断路器能继续投入以便下次使用。

本发明的再一实施例子中，公开了混合式直流断路器拓扑结构的合闸过程：

系统在接收到合闸指令后，首先闭合隔离开关K₁，当检测到隔离开关合闸完成后再导通固态开关支路子模块中的IGBT和T₁，同时发出机械开关合闸信号，由于IGBT的开关速度远高于快速机械开关，固态开关支路子模块中的IGBT和T₁瞬间导通，固态开关支路电流开始上升，机械开关支路两端的电压为固态开关支路的导通压降与二极管桥臂D₁和D₃的导通压降之和，电压很小。由于快速机械开关合闸动作存在延时，因此在固态开关支路子模块中的IGBT和T₁导通后，快速机械开关才开始闭合，快速机械开关在零电流低电压的环境下合闸，因此合闸过程中不会产生电弧。在检测到快速机械开关支路合闸完成后，首先导通机械开关支路中的辅助换流开关T₀，线路电流开始向机械开关支路转移，机械开关支路电流开始上升，固态开关支路电流下降，经过一段时间后，关断固态开关支路子模块中的IGBT和T₁，线路电流全部转移至机械开关支路，由机械开关支路来承载正常运行时的负荷电流，至此断路器完成整个合闸过程。若没有T₁，由于各个子模块中的电容初始电压为零，则在隔离开关K₁合闸过程中，直流电源、限流电感L₁,、各个子模块中的电容、和负载会形成一个电流通路，直流电源会给电容充电，隔离开关K₁在高电压的环境下的合闸过程中会产生电弧，由于隔离开关不具有灭弧能力，这是不允许的。若加入T₁，在隔离开关K₁合闸过程中，T₁是关断的，不会形成一个完整的电流通路，因此隔离开关K₁在合闸过程中就不会产生电弧。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合式直流断路器拓扑结构，其特征是，所述直流断路器包括：

机械开关支路，由快速机械开关和辅助换流开关串联组成，所述快速机械开关具有零电流状态下快速分断电路的功能，所述辅助换流开关实现电流的双向流动；

二极管组，包括二极管桥臂D₁～D₄及接地二极管组D₅，所述二极管桥臂分两组均并联在机械开关支路上，所述两组二极管桥臂之间连接有固态开关支路；

固态开关支路，由子模块串联组成，每个子模块由一个带有反并联二极管的IGBT、一个二极管、一个电容和一个电阻组成，电阻并联在电容两端；

限压吸能支路，并联在固态开关支路的两端，用于限制直流断路器在切除故障电流过程中产生的瞬态过电压；及吸收限流电感和线路电感中储存的能量；

所述直流断路器还包括设置在固态开关支路及二极管桥臂D₁及D₂之间的T₁，为一个带有反并联二极管的IGBT，用来配合快速机械开关进行合闸操作。

2.如权利要求1所述的一种混合式直流断路器拓扑结构，其特征是，所述直流断路器还包括分别安装在直流断路器两端的电感L₁和L₂，所述电感L₁和L₂为限流电感L平均分成的两部分。

3.如权利要求1所述的一种混合式直流断路器拓扑结构，其特征是，所述快速机械开关是带有轻量级触点系统的隔离开关，采用Thomsm传动装置加快了分断速度，同时采用了六氟化硫作为绝缘介质，增加了触头间的绝缘强度，其开断时间为2ms；

所述辅助换流开关由两个反向串联的压接式IGBT构成，以便实现电流的双向流动。

4.如权利要求1-3任一所述的一种混合式直流断路器拓扑结构的控制方法，其特征是，包括切除短路故障步骤，具体为：

假设系统正常运行时电流从直流断路器左侧流向右侧，短路故障发生在断路器右端，将断路器左侧称为非故障侧，右侧称为故障侧；

第一阶段(t₀～t₁):t₀时刻发生短路故障，此阶段的时间用于故障检测和逻辑判断，故障电流逐渐上升；

第二阶段(t₂～t₃)：t₂时刻，首先导通固态开关支路各个子模块中的IGBT和T₁，然后关断机械开关支路中的辅助换流开关，迫使故障电流迅速换流至固态开关支路；

第三阶段(t₃～t₄)：t₃时刻，当流过超快速机械开关支路电流为零时，发出机械开关分闸信号，快速机械开关经过一定的机械延时后触头开始分离；

第四阶段(t₃～t₄)：t₃时刻，快速机械开关分断完成，关断固态开关支路各个子模块中的IGBT，T₁仍然处于导通状态，故障电流开始给电容充电；

第五阶段(t₄～t₅)：t₄时刻，各个子模块电容电压之和即避雷器两端的电压达到限压吸能支路的动作电压；

第六阶段(t₅～t₆)：t₅时刻，电容电流下降为零，各个子模块电容电压之和以及避雷器两端的电压达到避雷器的保护水平，故障电流完全转移至限压吸能支路。

5.如权利要求4所述的一种混合式直流断路器拓扑结构的控制方法，其特征是，所述第二阶段中，快速机械开关处于闭合状态，辅助换流开关T₀所承受的电压即为机械开关支路两端的电压，由于固态开关支路中的IGBT导通，因此辅助换流开关T₀所承受的电压为固态开关支路的导通压降与二极管桥臂D₁和D₃的导通压降之和。

6.如权利要求4所述的一种混合式直流断路器拓扑结构的控制方法，其特征是，所述第三阶段中，由于固态开关支路处于导通状态，因此快速机械开关两端的电压即为固态开关支路的导通压降与二极管桥臂D₁和D₃的导通压降之和。

7.如权利要求4所述的一种混合式直流断路器拓扑结构的控制方法，其特征是，所述第四阶段中，故障电流开始给电容充电，电容电压快速上升，避雷器两端的电压和二极管桥臂D₂、D₄所承受的反向电压均为各个子模块电容电压之和，各个子模块中的IGBT所承受的电压为子模块中电容的电压。

8.如权利要求4所述的一种混合式直流断路器拓扑结构的控制方法，其特征是，所述第五阶段中，故障电流开始向避雷器转移，避雷器电流逐渐增大，电容电流逐渐下降，但电容电压仍然在增大，断路器两端的电压、二极管桥臂D₂、D₄所承受的反向电压和各个子模块中的IGBT所承受的电压都在增大。

9.如权利要求4所述的一种混合式直流断路器拓扑结构的控制方法，其特征是，所述第六阶段中，限压吸能支路吸收非故障侧限流电感L₁中能量，非故障侧线路中的电流逐渐衰减为零，限压吸能支路两端的电压即断路器两端的电压下降为直流电源的电压，而故障侧限流电感L₂和线路电感中的能量则由公共的接地线，接地二极管组D₅,和二极管桥臂D₃组成的通路来释放；

所述第六阶段的t₆时刻，非故障侧线路电流下降为零，此时分断隔离开关K₁，隔离故障线路。

10.如权利要求1-3任一所述的一种混合式直流断路器拓扑结构的控制方法，包括合闸步骤，其特征是，具体包括：

在接收到合闸指令后，首先闭合快速机械开关；

当检测到快速机械开关合闸完成后再导通固态开关支路子模块中的IGBT和T₁，同时发出机械开关合闸信号

由于IGBT的开关速度远高于快速机械开关，固态开关支路子模块中的IGBT和T₁瞬间导通，固态开关支路电流开始上升，机械开关支路两端的电压为固态开关支路的导通压降与二极管桥臂D₁和D₃的导通压降之和；

由于快速机械开关合闸动作存在延时，因此在固态开关支路子模块中的IGBT和T₁导通后，快速机械开关才开始闭合，快速机械开关在零电流低电压的环境下合闸；

检测到快速机械开关支路合闸完成后，首先导通机械开关支路中的辅助换流开关，线路电流开始向机械开关支路转移，经过一段时间后，关断固态开关支路子模块中的IGBT和T₁，线路电流全部转移至机械开关支路，至此断路器完成整个合闸过程。