CN108899237A - 一种电流分断装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流分断装置、系统及方法，包括：第一桥臂支路、分断电流电路及第二桥臂支路，并依次并联设置，通过上、下桥臂的配合使得线路中的双向电流流过分断电流电路为同一方向，这就使得无论电流流向为哪一个方向，都会流经分断电流电路中的全部功率半导体器件，避免了在分断电流电路中翻倍设置功率半导体器件，而在流经电流时只有一半能够处于被使用状态，造成的分断电流电路中功率半导体器件的数量较多，而利用率较低，从而导致的装置成本增加的问题。

Description

一种电流分断装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及电路领域，尤其涉及一种电流分断装置、系统及方法。

背景技术

随着基于电压源换流器的多端柔性直流电网技术的广泛应用，高压直流断路器成为保证系统稳定、安全和可靠运行的关键设备之一。

对于直流断路器的技术方案，专利CN102687221A公开了一种使输电线路或配电线路的电流短路的装置和方法以及限流布置。其中，主要包括主断路器、高速开关、辅助断路器和非线性电阻耗能元件。正常工作模式下，线路电流流过辅助回路，通态损耗小；故障模式下，电流切换至主断路器，最终由耗能元件吸收线路中残余的能量。

由于高压直流输电线路中电流方向不确定，线路电流可能存在两个方向，为了实现在两个方向在两个电流方向上都能够关断电流，主断路器的基本串联单元采用了两个功率半导体器件反串联或反并联的结构，导致主断路器的功率半导体器件数量增加了一倍，即在关断电流的过程中，只有一半的功率半导体器件发挥了作用，由于功率半导体器件的成本较高，并且，在主断路器上应用的功率半导体器件的数量也较多，而其中的功率半导体器件只有一半被投入使用，就导致了整个装置成本的增加。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电流分断装置、系统及方法，以解决现有技术中功率半导体器件数量较多，却只有一半被投入使用，导致整个装置成本增加的问题，其具体方案如下：

一种电流分断装置，包括：分断电流电路、第一桥臂支路及第二桥臂支路，其中：

所述第一桥臂支路、分断电流电路及第二桥臂支路依次并联设置；

所述分断电流电路包括：非线性电阻及功率半导体器件支路，所述非线性电阻及功率半导体器件支路并联连接；

所述第一桥臂支路包括：第一上桥臂支路及第一下桥臂支路，所述第一上桥臂支路及第一下桥臂支路反向串联连接；

所述第一上桥臂支路包括：至少一个第一功率半导体器件组及至少一个第一高速隔离开关，所述至少一个第一功率半导体器件组及至少一个第一高速隔离开关串联连接，所述第一功率半导体器件组包括：反向并联的第一功率半导体器件及第二功率半导体器件；

所述第一下桥臂支路至少包括：用于耐受电压的至少一个第三功率半导体器件；

所述第一桥臂支路与所述第二桥臂支路结构相同。

进一步的，所述分断电流电路包括：至少一个分断电流支路，所述分断电流支路包括：非线性电阻及功率半导体器件支路，所述非线性电阻及功率半导体器件支路并联连接；

当所述分断电流支路为至少两个时：

所述至少两个分断电流支路并联连接；

或者，所述至少两个分断电流支路串联连接。

进一步的，所述功率半导体器件支路包括：

至少两个第四功率半导体器件，所述至少两个第四功率半导体器件同方向串联。

进一步的，

所述第一功率半导体器件及所述第四功率半导体器件为：门极可关断半导体器件；

所述第二功率半导体器件及所述第三功率半导体器件为：不具有通断电流能力的半导体器件。

进一步的，所述第一下桥臂支路包括：

至少一个第三功率半导体器件及第二高速隔离开关，所述至少一个第三功率半导体器件及第二高速隔离开关串联连接。

进一步的，所述第一下桥臂支路包括：

不少于预定数量的第三功率半导体器件，所述不少于预定数量的第三功率半导体器件串联连接。

一种电流分断系统，包括：不少于两个电流分断装置，

所述不少于两个电流分断装置串联连接；

所述电流分断装置包括：分断电流电路、第一桥臂支路及第二桥臂支路，其中：

所述第一桥臂支路、分断电流电路及第二桥臂支路依次并联设置；

所述分断电流电路包括：非线性电阻及功率半导体器件支路，所述非线性电阻及功率半导体器件支路并联连接；

所述第一桥臂支路包括：第一上桥臂支路及第一下桥臂支路，所述第一上桥臂支路及第一下桥臂支路反向串联连接；

所述第一上桥臂支路包括：至少一个第一功率半导体器件组及至少一个第一高速隔离开关，所述至少一个第一功率半导体器件组及至少一个第一高速隔离开关串联连接，所述第一功率半导体器件组包括：反向并联的第一功率半导体器件及第二功率半导体器件；

所述第一下桥臂支路至少包括：用于耐受电压的至少一个第三功率半导体器件；

所述第一桥臂支路与所述第二桥臂支路结构相同。

一种电流分断方法，包括：

当接收到第一关断指令时，关断第一桥臂支路中的第一上桥臂及第二桥臂支路中的第二上桥臂中的第一功率半导体器件；

确定电流方向，依据电流方向断开第一上桥臂中的第一高速隔离开关或第二上桥臂中的第一高速隔离开关；

当所述电流方向为从第一上桥臂支路与第一下桥臂支路之间的第一电流输入端口输入时，断开第二上桥臂中的第一高速隔离开关，当所述电流方向为从第二上桥臂支路与第二下桥臂支路之间的第二电流输入端口输入时，断开第一上桥臂中的第一高速隔离开关；

接收分断电流电路的断开信号，断开所述分断电流电路中的功率半导体器件支路，将电流变换到非线性电阻上。

进一步的，当所述第一下桥臂支路包括：至少一个第三功率半导体器件及第二高速隔离开关，所述至少一个第三功率半导体器件及第二高速隔离开关串联连接时，所述方法还包括：

当所述电流方向为从第一上桥臂支路与第一下桥臂支路之间的第一电流输入端口输入时，断开第二上桥臂支路中的第一高速隔离开关及第一下桥臂支路中的第二高速隔离开关；当所述电流方向为从第二上桥臂支路与第二下桥臂支路之间的第二电流输入端口输入时，断开第一上桥臂支路中的第一高速隔离开关与第二下桥臂支路中的第二高速隔离开关。

从上述技术方案可以看出，本申请公开的电流分断装置、系统及方法，包括：第一桥臂支路、分断电流电路及第二桥臂支路，并依次并联设置，通过上、下桥臂的配合使得线路中的双向电流流过分断电流电路为同一方向，这就使得无论电流流向为哪一个方向，都会流经分断电流电路中的全部功率半导体器件，避免了在分断电流电路中翻倍设置功率半导体器件，而在流经电流时只有一半能够处于被使用状态，造成的分断电流电路中功率半导体器件的数量较多，而利用率较低，从而导致的装置成本增加的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种电流分断装置的电路图；

图2为本发明实施例公开的一种下桥臂支路的电路结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种下桥臂支路的电路结构示意图；

图4为本发明实施例公开的一种电流分断装置在第一电流方向时的电流流向图；

图5为本发明实施例公开的一种电流分断装置在第二电流方向时的电流流向图；

图6为本发明实施例公开的一种电流分断装置的电路图；

图7为本发明实施例公开的一种电流分断装置的电路图；

图8为本发明实施例公开的一种电流分断装置的电路图；

图9为本发明实施例公开的一种电流分断系统的电路图；

图10为本发明实施例公开的一种电流分断系统的电路图；

图11为本发明实施例公开的一种电流分断方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种电流分断装置，其结构示意图如图1所示，包括：

分断电流电路20，第一桥臂支路17及第二桥臂支路18。

第一桥臂支路17、分断电流电路20及第二桥臂支路18依次并联设置，即在电流分断装置中，第一桥臂支路17在该并联电路结构的最左侧，第二桥臂支路18在该并联电路结构的最右侧，分断电流电路20在第一桥臂支路17及第二桥臂支路18中间并联设置。

其中，分断电流电路20包括：非线性电阻12及功率半导体器件支路10，非线性电阻12与功率半导体器件支路10并联连接。功率半导体器件支路10包括：至少两个第四功率半导体器件11，至少两个第四功率半导体器件11同方向串联设置。

第一桥臂支路17包括：第一上桥臂支路A及第一下桥臂支路B，第一上桥臂支路A与第一下桥臂支路B反向串联连接，即第一上桥臂支路A与第一下桥臂支路B的电流流向相反。

第一上桥臂支路A包括：至少一个第一功率半导体器件组及至少一个第一高速隔离开关5，其中，至少一个第一功率半导体器件组及第一高速隔离开关5串联连接，第一功率半导体器件组包括：反向并联的第一功率半导体器件6及第二功率半导体器件7，即第一功率半导体器件6与第二功率半导体器件7的电流流通方向相反。

当第一功率半导体器件组为至少两个时，其连接关系是同向串联，第一高速隔离开关5为至少两个时，其连接关系为相互串联或间接串联，具体的，相互串联，即为至少两个第一高速隔离开关5为直接串联连接，之间并没有设置第一功率半导体器件组，间接串联，即连接关系依次为：第一高速隔离开关、第一功率半导体器件组及第一高速隔离开关，第一功率半导体器件组串联于至少两个第一高速隔离开关之间。

第一下桥臂支路B至少包括：用于耐受电压的至少一个第三功率半导体器件9。

优选的，第一下桥臂支路B可以为：至少一个第三功率半导体器件9及第二高速隔离开关8，至少一个第三功率半导体器件9与第二高速隔离开关8位串联连接，如图2所示。

当第三功率半导体器件9为至少两个时，其连接关系是同向串联；当第二高速隔离开关8为至少两个时，其连接关系为相互串联或间接串联。

其中，第二高速隔离开关8的作用的隔断电压，在分断电流电路分断后，会在图1中的节点3和节点4之间产生很高的耐受电压，其中，节点3余节点4分别位于分断电流电路的两端。该耐受电压施加到下桥臂支路，第二高速隔离开关8可以承受很高的耐受电压，使下峭壁支路中的功率半导体器件9承受很小的耐受电压即可，仅需要很少数量的器件串联，这种连接方式节省装置成本。

另外，第一下桥臂支路B还可以为：不少于预定数量的第三功率半导体器件9，不少于预定数量的第三功率半导体器件9串联连接，如图3所示。

其中，当第一下桥臂支路B采用不少于预定数量的第三功率半导体器件9串联连接时，节省掉了第二高速隔离开关8，但第三功率半导体器件9的串联连接需能够承受很高的电压，因此，所需要进行串联的第三功率半导体器件9的数量较多。

其中，第一下桥臂支路B中的不少于两个第三功率半导体器件可以为：同方向并联，以提高该桥臂支路的承受电流的能力。

第二桥臂支路的结构与第一桥臂支路完全相同，由第二上桥臂支路C及第二下桥臂支路D组成，其中，第二上桥臂支路C与第二下桥臂支路D反向串联连接。

第二上桥臂支路C包括：至少一个第一功率半导体器件组及至少一个第一高速隔离开关5，其中，至少一个第一功率半导体器件组及第一高速隔离开关5串联连接，第一功率半导体器件组包括：反向并联的第一功率半导体器件6及第二功率半导体器件7，即第一功率半导体器件6与第二功率半导体器件7的电流流通方向相反。

第二下桥臂支路D至少包括：用于耐受电压的至少一个第三功率半导体器件9。

优选的，第二下桥臂支路D可以为：至少一个第三功率半导体器件9及第二高速隔离开关8，至少一个第三功率半导体器件9与第二高速隔离开关8位串联连接，如图2所示。

其中，第二高速隔离开关8的作用的隔断电压，在分断电流电路分断后，会在图1中的节点3和节点4之间产生很高的耐受电压，其中，节点3余节点4分别位于分断电流电路的两端。该耐受电压施加到下桥臂支路，第二高速隔离开关8可以承受很高的耐受电压，使下峭壁支路中的功率半导体器件9承受很小的耐受电压即可，仅需要很少数量的器件串联，这种连接方式节省装置成本。

另外，第二下桥臂支路D还可以为：不少于预定数量的第三功率半导体器件9，不少于预定数量的第三功率半导体器件9串联连接，如图3所示。

其中，当第二下桥臂支路D采用不少于预定数量的第三功率半导体器件9串联连接时，节省掉了第二高速隔离开关8，但第三功率半导体器件9的串联连接需能够承受很高的电压，因此，所需要进行串联的第三功率半导体器件9的数量较多。

其中，第二下桥臂支路D中的不少于两个第三功率半导体器件可以为：同方向并联，以提高该桥臂支路的承受电流的能力。

进一步的，第一功率半导体器件6及第四功率半导体器件11为：门极可关断半导体器件，如：IGBT、IEGT、GTO等；第二功率半导体器件7及第三功率半导体器件9为：不具有通断电流能力的半导体器件，如：二极管。

其中，装置的连接关系是：第一上桥臂支路A与第一下桥臂支路B构成桥臂支路的中点1，且定义电流由外部进入该连接点的方向为第一电流方向15；第二上桥臂支路C与第二下桥臂支路D构成桥臂支路中点2，且定义电流由外部进入该连接点的方向为第二电流方向16，两个桥臂支路均与分断电流电路并联连接。

进一步的，装置的输入端还连接由限流电抗器13的一端，形成串联连接，该限流电抗器用于限制短路电流上升，其可以位于第一上桥臂支路与第一下桥臂支路之间的第一电流输入端口位置处，也可以位置第二桥臂支路中的第二上桥臂支路与第二下桥臂支路之间的第二电流输入端口位置处。

在本实施例中，当接收到分断指令后，第一上桥臂支路A中的第一半导体器件6及第二上桥臂支路C中的第一半导体器件6的电流被分断，而由于第二半导体器件7不具有通断电流的能力，因此，在第二半导体器件7中还会有电流流通。

第一上桥臂支路A中第二半导体器件7的电流方向和第二下桥臂支路D中第三半导体器件9的电流方向与第一电流方向15对应关系如图4所示；第二上桥臂支路C中第二半导体功率器件7的电流方向和第一下桥臂支路B中第三半导体功率器件9的电流方向与第二电流方向对应关系如图5所示。

采用这样的布置方式利用了功率半导体器件具有单向导通的特性，使得线路中的双向电流流过分断电流电路为同一方向，如图1中的节点3至节点4。

电流分断装置串联于线路14中，正常状态下，线路电流流过第一上桥臂支路A和第二上桥臂支路C，上桥臂支路中仅有少量的功率半导体器件，导通压降小，产生的损耗很小。

电流分断装置中的分断电流电路中的第四功率半导体器件11布置方向始终与线路电流方向一致，如图4及图5所示，分断电流电路中的电流方向为由节点3至节点4。分断电流电路相比第一上桥臂支路A和第二上桥臂支路C具有更高的电压阻断能力，分断电流电路的主要作用是中断线路中的电流，并能够承受较高的耐受电压，分断电流电路中包括很多个第四功率半导体器件11的串联连接，当接收到分断指令时，同时分断第四功率半导体器件11，分断后会在节点3与节点4之间产生耐受电压，高电压使并联在支路两端的非线性电阻12阻抗发生变化，最终电流被切换至非线性电阻12，能量由非线性电阻12吸收。

进一步的，在该电流分断装置中，装置串联到线路14的电流通路中，第一上桥臂支路A与第二上桥臂支路C中第一功率半导体器件6、第一高速隔离开关5闭合，第一下桥臂支路B与第二下桥臂支路D中第三功率半导体器件9、第二高速隔离开关8闭合，分断电流电路中的第四功率半导体器件11闭合。

当直流断路器接收到分闸支路时，直流断路器会首先给所有上桥臂支路中的第一功率半导体器件6发出关断支路，即第一功率半导体器件6不再能够通过电流。由于每个第一功率半导体器件6两边并联有第二功率半导体器件7，而第二功率半导体器件不具有导通关断电流的能力，即便在上桥臂的第一功率半导体器件6关断后，上桥臂支路仍然有单方向电流通过的能力。

确定电流的流向，如果为第一电流方向15，同时断开第二上桥臂支路C中的第一高速隔离开关5及第一下桥臂支路B中的第二高速隔离开关8，如图4所示，第二上桥臂支路C及第一下桥臂支路B会承受分断电流电路分断产生的高耐受电压，因此在分断电流电路分断之前，需要将第二上桥臂支路C中的第一高速隔离开关5及第一下桥臂支路B中第二高速隔离开关8分断到有效耐受距离，以防止上述支路的功率半导体器件承受高分段电压而损坏。而第一上桥臂支路A、第二下桥臂支路D以及分断电流电路是串联连接关系，有线路电流流过，但不会承受高耐受电压，应保持闭合状态，即电流依次通过第一上桥臂支路A、分断电流电路及第二下桥臂支路D。

在分断电流电路分断瞬间，非线性电阻12导通，两端会产生一个过电压，此时，A和D仍处于导通状态，且其两端导通压降很小，不会承受高压，而B和C此时处于断态，两端电压近似为分断电流电路两端电压，因此，会承受高压。

如果为第二电流方向16，则断开第一上桥臂支路A中的第一高速隔离开关5及第二下桥臂支路D中第二高速隔离开关8，如图5所示，第一上桥臂支路A、第二下桥臂支路D会承受分断电流电路分断产生的高耐受电压，因此，在分断电流电路分断之前，需要将第一上桥臂支路A中的第一高速隔离开关5及第二下桥臂支路D中第二高速隔离开关8分断到有效耐受距离，以防止上述支路的功率半导体器件承受高耐受电压而损坏，而第二上桥臂支路C、第一下桥臂支路B及分断电流电路是串联连接关系，有线路电流流过，但不会承受高耐受电压，应保持闭合状态。其中，电流依次通过第二上桥臂支路C、分断电流电路及第一下桥臂支路B。

无论电流方向为第一电流方向15还是第二电流方向16，电流流过分断电流电路的方向均为由节点3至节点4，其不会仅通过一部分的功率半导体器件，避免了需要为分断电流电路设置翻倍的功率半导体器件导致的装置成本的增加。

当接收到分断电流电路的断开信号时，则同时断开分断电流电路中的第四功率半导体器件11，由此将电流变换到非线性电阻12。

确认线路电流降维0时，将两个桥臂支路中处于闭合状态的第一高速隔离开关5及第二高速隔离开关8断开，完成整个分断过程。

进一步的，电流分断装置的结构示意图还可以如图6所示，其与图1中所示的电流分断装置的区别为：所有功率半导体器件中的开关电流方向相反，而其他无论是连接方式还是器件数量均是相同的。

而针对具体的处理过程，当电流方向为第一电流方向15进行关断时，在图1中，需要使第一下桥臂支路B中的第二高速隔离开关8及第二上桥臂支路C中的第一高速隔离开关5处于断开状态后，才能关断分断电流电路，而在图6中，就需要使第一上桥臂支路A中的第一高速隔离开关5及第二下桥臂支路D中的第二高速隔离开关8处于断开状态后，才能关断分断电流电路。

进一步的，分断电流电路可以包括：至少一个分断电流支路，其中，分断电流支路包括：非线性电阻12及功率半导体器件支路10，非线性电阻12及功率半导体器件支路10并联连接。

当分断电流支路为至少两个时：至少两个分断电流支路并联连接，或者，至少两个分断电流支路串联连接。

其中，当至少两个分断电流支路并联连接时，是为了提高分断电流电路的承受电流能力；当至少两个分断电流支路串联时，是为了减小至少两个分断电流支路中每个第四功率半导体器件11的分压，其结构示意图如图7及图8所示。

其中，图7与图8是除功率半导体器件导通电流方向完全相反外，结构完全相同的电路图。

而针对具体的处理过程，当电流方向为第一电流方向15进行关断时，在图7中，需要使第一下桥臂支路B中的第二高速隔离开关8及第二上桥臂支路C中的第一高速隔离开关5处于断开状态后，才能关断分断电流电路，而在图8中，就需要使第一上桥臂支路A中的第一高速隔离开关5及第二下桥臂支路D中的第二高速隔离开关8处于断开状态后，才能关断分断电流电路。

本实施例公开的电流分断装置，包括：第一桥臂支路、分断电流电路及第二桥臂支路，并依次并联设置，通过上、下桥臂的配合使得线路中的双向电流流过分断电流电路为同一方向，这就使得无论电流流向为哪一个方向，都会流经分断电流电路中的全部功率半导体器件，避免了在分断电流电路中翻倍设置功率半导体器件，而在流经电流时只有一半能够处于被使用状态，造成的分断电流电路中功率半导体器件的数量较多，而利用率较低，从而导致的装置成本增加的问题；

另外，在线路正常工作时，线路电流流过由几乎零阻抗的第一高速隔离开关与导通压降很小的少量功率半导体器件组组成的上桥臂支路。分断电流电路由于需要更高的导通压降，几乎没有电流流过，不需要为电流分断支路额外安装冷却系统，从而实现了装置的总损耗降低的效果；

其次，分断电流电路在线路电流过零后需承受的电压较低，在分断完成后，如下桥臂支路采用大量的第三功率半导体器件串联线连接方式，当电流下降到零时，上桥臂支路中处于闭合状态的第一高速隔离开关分断，这就使得所有上桥臂支路中的第一高速隔离开关均处于关断状态，分断电流电路与一上桥臂支路并联后，再与另一上桥臂串联共同承受线路对地电压，由于分断电流电流源关断阻抗远低于第一高速隔离开关的关断阻抗，因此，分断电流电路承受的电压大大降低；如下桥臂支路采用少量的第三功率半导体器件与至少一个第二高速隔离开关串联连接的方式，当线路电流下降到零时，所有桥臂支路中处于闭合状态的高速隔离开关分断，这就使得所有桥臂支路中的高速隔离开关均处于关闭状态，分断电流电路两端承受电压接近为零，大大降低了分断电流电路在分断完大电流后需继续承受高压而导致的击穿风险。

本实施例公开了一种电流分断系统，其结构示意图如图9及图10所示，包括：

不少于两个电流分断装置。

其中，不少于两个电流分断装置串联连接。

其中，电流分断装置包括：分断电流电路、第一桥臂支路及第二桥臂支路，其中：

第一桥臂支路、分断电流电路及第二桥臂支路依次并联设置；

分断电流电路包括：非线性电阻及功率半导体器件支路，非线性电阻及功率半导体器件支路并联连接；

第一桥臂支路包括：第一上桥臂支路及第一下桥臂支路，第一上桥臂支路及第一下桥臂支路反向串联连接；

第一上桥臂支路包括：至少一个第一功率半导体器件组及至少一个第一高速隔离开关，至少一个第一功率半导体器件组及至少一个第一高速隔离开关串联连接，第一功率半导体期间组包括：反向并联的第一功率半导体器件及第二功率半导体器件；

第一下桥臂支路至少包括：用于耐受电压的至少一个第三功率半导体器件；

第一桥臂支路与第二桥臂支路结构相同。

其中，电流分断装置与上述实施例中所述的电流分断装置相同，在此不再赘述。

对于图9及图10，是除功率半导体器件导通电流方向完全相反外，结构完全相同的电路图。

而针对具体的处理过程，当电流方向为第一电流方向15进行关断时，在图9中，需要使第一下桥臂支路B中的第二高速隔离开关8及第二上桥臂支路C中的第一高速隔离开关5处于断开状态后，才能关断分断电流电路，而在图10中，就需要使第一上桥臂支路A中的第一高速隔离开关5及第二下桥臂支路D中的第二高速隔离开关8处于断开状态后，才能关断分断电流电路。

如图9所示，与线路14串联连接的电流分断系统22，适合在上桥臂支路中的电流超过电流极限时，控制一定数量的至少两个电流分断装置20，使得线路电流换向到至少两个电流分断装置20的非线性电阻12。

如图10所示，与线路14串联连接的电流分断系统32，适合在上桥臂支路中的电流超过电流极限时，控制一定数量的至少两个电流分断装置30，使得线路电流换向到至少两个电流分断装置30的非线性电阻12。

本实施例公开的电流分断系统，包括：第一桥臂支路、分断电流电路及第二桥臂支路，并依次并联设置，通过上、下桥臂的配合使得线路中的双向电流流过分断电流电路为同一方向，这就使得无论电流流向为哪一个方向，都会流经分断电流电路中的全部功率半导体器件，避免了在分断电流电路中翻倍设置功率半导体器件，而在流经电流时只有一半能够处于被使用状态，造成的分断电流电路中功率半导体器件的数量较多，而利用率较低，从而导致的装置成本增加的问题；

另外，在线路正常工作时，线路电流流过由几乎零阻抗的第一高速隔离开关与导通压降很小的少量功率半导体器件组组成的上桥臂支路。分断电流电路由于需要更高的导通压降，几乎没有电流流过，不需要为电流分断支路额外安装冷却系统，从而实现了装置的总损耗降低的效果；

其次，分断电流电路在线路电流过零后需承受的电压较低，在分断完成后，如下桥臂支路采用大量的第三功率半导体器件串联线连接方式，当电流下降到零时，上桥臂支路中处于闭合状态的第一高速隔离开关分断，这就使得所有上桥臂支路中的第一高速隔离开关均处于关断状态，分断电流电路与一上桥臂支路并联后，再与另一上桥臂串联共同承受线路对地电压，由于分断电流电流源关断阻抗远低于第一高速隔离开关的关断阻抗，因此，分断电流电路承受的电压大大降低；如下桥臂支路采用少量的第三功率半导体器件与至少一个第二高速隔离开关串联连接的方式，当线路电流下降到零时，所有桥臂支路中处于闭合状态的高速隔离开关分断，这就使得所有桥臂支路中的高速隔离开关均处于关闭状态，分断电流电路两端承受电压接近为零，大大降低了分断电流电路在分断完大电流后需继续承受高压而导致的击穿风险。

本实施例公开了一种电流分断方法，其流程图如图11所示，包括：

步骤S111、当接收到第一关断指令时，关断第一桥臂支路中的第一上桥臂及第二桥臂支路中的第二上桥臂中的第一功率半导体器件；

步骤S112、确定电流方向，依据电流方向断开第一上桥臂中的第一高速隔离开关或第二上桥臂中的第一高速隔离开关；

步骤S113、当电流方向为从第一上桥臂支路与第一下桥臂支路之间的第一电流输入端口输入时，断开第二上桥臂支路中的第一高速隔离开关，当电流方向为从第二上桥臂支路与第二下桥臂支路之间的第二电流输入端口输入时，断开第一上桥臂中的第一高速隔离开关；

步骤S114、接收分断电流电路的断开信号，断开分断电流电路中的功率半导体器件支路，将电流变换到非线性电阻上。

本实施例公开的电流分断方法，应用于电流分断装置。

其中，电流分断装置包括：分断电流电路、第一桥臂支路及第二桥臂支路，其中：

第一桥臂支路、分断电流电路及第二桥臂支路依次并联设置；

分断电流电路包括：非线性电阻及功率半导体器件支路，非线性电阻及功率半导体器件支路并联连接；

第一桥臂支路包括：第一上桥臂支路及第一下桥臂支路，第一上桥臂支路及第一下桥臂支路反向串联连接；

第一上桥臂支路包括：至少一个第一功率半导体器件组及至少一个第一高速隔离开关，至少一个第一功率半导体器件组及至少一个第一高速隔离开关串联连接，第一功率半导体期间组包括：反向并联的第一功率半导体器件及第二功率半导体器件；

第一下桥臂支路至少包括：用于耐受电压的至少一个第三功率半导体器件；

第一桥臂支路与第二桥臂支路结构相同。

其中，电流分断装置与上述实施例中所述的电流分断装置相同，在此不再赘述。

本实施例公开的电流分断方法，应用于电流分断装置，电流分断装置包括：第一桥臂支路、分断电流电路及第二桥臂支路，并依次并联设置，通过上、下桥臂的配合使得线路中的双向电流流过分断电流电路为同一方向，这就使得无论电流流向为哪一个方向，都会流经分断电流电路中的全部功率半导体器件，避免了在分断电流电路中翻倍设置功率半导体器件，而在流经电流时只有一半能够处于被使用状态，造成的分断电流电路中功率半导体器件的数量较多，而利用率较低，从而导致的装置成本增加的问题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种电流分断装置，其特征在于，包括：分断电流电路、第一桥臂支路及第二桥臂支路，其中：

所述第一桥臂支路、分断电流电路及第二桥臂支路依次并联设置；

所述分断电流电路包括：非线性电阻及功率半导体器件支路，所述非线性电阻及功率半导体器件支路并联连接；

所述第一桥臂支路包括：第一上桥臂支路及第一下桥臂支路，所述第一上桥臂支路及第一下桥臂支路反向串联连接；

所述第一上桥臂支路包括：至少一个第一功率半导体器件组及至少一个第一高速隔离开关，所述至少一个第一功率半导体器件组及至少一个第一高速隔离开关串联连接，所述第一功率半导体器件组包括：反向并联的第一功率半导体器件及第二功率半导体器件；

所述第一下桥臂支路至少包括：用于耐受电压的至少一个第三功率半导体器件；

所述第一桥臂支路与所述第二桥臂支路结构相同。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分断电流电路包括：至少一个分断电流支路，所述分断电流支路包括：非线性电阻及功率半导体器件支路，所述非线性电阻及功率半导体器件支路并联连接；

当所述分断电流支路为至少两个时：

所述至少两个分断电流支路并联连接；

或者，所述至少两个分断电流支路串联连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述功率半导体器件支路包括：

至少两个第四功率半导体器件，所述至少两个第四功率半导体器件同方向串联。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述第一功率半导体器件及所述第四功率半导体器件为：门极可关断半导体器件；

所述第二功率半导体器件及所述第三功率半导体器件为：不具有通断电流能力的半导体器件。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一下桥臂支路包括：

至少一个第三功率半导体器件及第二高速隔离开关，所述至少一个第三功率半导体器件及第二高速隔离开关串联连接。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一下桥臂支路包括：

不少于预定数量的第三功率半导体器件，所述不少于预定数量的第三功率半导体器件串联连接。

7.一种电流分断系统，其特征在于，包括：不少于两个电流分断装置，

所述不少于两个电流分断装置串联连接；

所述电流分断装置包括：分断电流电路、第一桥臂支路及第二桥臂支路，其中：

所述第一桥臂支路、分断电流电路及第二桥臂支路依次并联设置；

所述分断电流电路包括：非线性电阻及功率半导体器件支路，所述非线性电阻及功率半导体器件支路并联连接；

所述第一桥臂支路包括：第一上桥臂支路及第一下桥臂支路，所述第一上桥臂支路及第一下桥臂支路反向串联连接；

所述第一上桥臂支路包括：至少一个第一功率半导体器件组及至少一个第一高速隔离开关，所述至少一个第一功率半导体器件组及至少一个第一高速隔离开关串联连接，所述第一功率半导体器件组包括：反向并联的第一功率半导体器件及第二功率半导体器件；

所述第一下桥臂支路至少包括：用于耐受电压的至少一个第三功率半导体器件；

所述第一桥臂支路与所述第二桥臂支路结构相同。

8.一种电流分断方法，应用于权利要求1-6所述的装置，其特征在于，包括：

当接收到第一关断指令时，关断第一桥臂支路中的第一上桥臂及第二桥臂支路中的第二上桥臂中的第一功率半导体器件；

确定电流方向，依据电流方向断开第一上桥臂中的第一高速隔离开关或第二上桥臂中的第一高速隔离开关；

当所述电流方向为从第一上桥臂支路与第一下桥臂支路之间的第一电流输入端口输入时，断开第二上桥臂支路中的第一高速隔离开关，当所述电流方向为从第二上桥臂支路与第二下桥臂支路之间的第二电流输入端口输入时，断开第一上桥臂支路中的第一高速隔离开关；

接收分断电流电路的断开信号，断开所述分断电流电路中的功率半导体器件支路，将电流变换到非线性电阻上。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述第一下桥臂支路包括：至少一个第三功率半导体器件及第二高速隔离开关，所述至少一个第三功率半导体器件及第二高速隔离开关串联连接时，所述方法还包括：

当所述电流方向为从第一上桥臂支路与第一下桥臂支路之间的第一电流输入端口输入时，断开第二上桥臂支路中的第一高速隔离开关及第一下桥臂支路中的第二高速隔离开关；当所述电流方向为从第二上桥臂支路与第二下桥臂支路之间的第二电流输入端口输入时，断开第一上桥臂支路中的第一高速隔离开关与第二下桥臂支路中的第二高速隔离开关。