CN109586264B - 一种高压直流断路器半导体组件保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压直流断路器半导体组件保护电路。该保护电路包括：直流电源支路、故障电流产生支路、晶闸管电压限制支路、半导体组件支路以及吸能支路；直流电源支路与故障电流产生支路并联连接，故障电流产生支路、晶闸管电压限制支路以及半导体组件支路依次串联，半导体组件支路与吸能支路并联连接；直流电源支路用于提供电源；故障电流产生支路用于根据电源产生模拟故障电流；晶闸管电压限制支路用于限制反向电压；半导体组件支路用于关断模拟故障电流；吸能支路用于吸收半导体组件支路关断模拟故障电流时产生的能量。本发明能够在验证高压直流断路器半导体组件故障关断能力的同时防止测试用电抗器被过电压击穿。

Description

一种高压直流断路器半导体组件保护电路
技术领域
本发明涉及直流输电领域，特别是涉及一种高压直流断路器半导体组件保护电路。
背景技术
高压直流输电在远距离大功率输电和交流系统的非同步联络等方面得到广泛的应用。近十几年来，轻型直流输电技术的提出和发展，更使直流输电延伸到了近距离、小容量的输电场合。直流断路器作为承载、开断直流运行回路正常电流以及各种故障电流的重要开关设备，大体可以分为机械式断路器、全固态断路器与混合式断路器。混合式断路器结合了机械开关良好的静态特性与电力电子器件良好的动态性能，具有通态损耗小、开断时间短、无需专用冷却设备等优点，是目前断路器研发的新方向。
混合式直流断路器利用转移支路的闭锁实现快速分断故障电流，全控性半导体器件组成的大功率半导体组件是转移支路核心组成部分，对于开断电流起关键作用。为了明确基于全控型半导体器件的高压直流断路器运行工况并对其进行优化设计，需要对各类高压直流断路器半导体组件进行研究。因此，建立可以模拟真实工况的半导体组件实验平台对于高压直流断路器的发展具有重要意义。现有高压直流断路器半导体组件的试验方案在测试结束后因为晶闸管的反向恢复特性带来电抗器两端的电压过冲，随着测试电流的增大，电压过冲幅值随之增大，从而存在击穿电抗器绝缘的危险。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压直流断路器半导体组件保护电路，用以在验证高压直流断路器半导体组件故障关断能力的同时防止测试用电抗器被过电压击穿。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种高压直流断路器半导体组件保护电路，所述保护电路包括：直流电源支路、故障电流产生支路、晶闸管电压限制支路、半导体组件支路以及吸能支路；所述直流电源支路与所述故障电流产生支路并联连接，所述故障电流产生支路、所述晶闸管电压限制支路以及所述半导体组件支路依次串联，所述半导体组件支路与所述吸能支路并联连接；所述直流电源支路用于提供电源；所述故障电流产生支路用于根据所述电源产生模拟故障电流；所述晶闸管电压限制支路用于限制反向电压；所述半导体组件支路用于关断所述模拟故障电流；所述吸能支路用于吸收所述半导体组件支路关断所述模拟故障电流时产生的能量。
可选的，所述直流电源支路包括串联连接的高压直流电源以及第一开关。。
可选的，所述故障电流产生支路包括电容器、电抗器、电阻以及第二开关；所述电容器的第一端分别与所述第一开关、所述第二开关的第一端以及所述电抗器的第一端连接，所述第二开关的第二端与所述电阻的第一端连接，所述电阻的第二端分别与所述电容器的第二端、所述半导体组件支路以及所述吸能支路连接，所述电抗器的第二端与所述晶闸管电压限制支路连接。
可选的，所述晶闸管电压限制支路包括并联连接的晶闸管、避雷器以及第一二极管；所述晶闸管的第一端、所述避雷器的第一端以及第一二极管输出端均与所述电抗器的第二端连接；所述晶闸管的第二端、所述避雷器的第二端以及第一二极管输入端均与所述半导体组件支路以及所述吸能支路连接。
可选的，所述半导体组件支路包括半导体器件以及第二二极管；所述半导体器件的基极与所述晶闸管的第二端、所述避雷器的第二端以及第一二极管输入端连接，所述半导体器件的发射极与所述第二二极管的输入端连接，所述半导体器件的集电极与所述第二二极管的输出端连接。
可选的，所述半导体器件为全控型半导体器件。
可选的，所述吸能支路包括电涌保护器。
可选的，所述电涌保护器为电压限制型电涌保护器。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明中直流电源支路给电容器进行充电，为产生测试电流提供条件，故障电流产生支路产生模拟故障电流，晶闸管电压限制支路限制试验结束时晶闸管两端反向恢复电压从而保护大电流测试支路的电抗器，吸能支路吸收半导体组件支路组件关断电流时产生的能量以保住组件正常工作，同时防止组件由于电压过高而损坏。因此本发明能够在验证高压直流断路器半导体组件故障关断能力的同时防止测试用电抗器被过电压击穿。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例高压直流断路器半导体组件保护电路的结构框图；
图2为本发明实施例高压直流断路器半导体组件保护电路的电路连接图；
图3为本发明实施例高压直流断路器半导体组件保护电路的工作流程图；
图4为本发明实施例高压直流断路器半导体组件保护电路的工作时序图。
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。
本发明的目的是提供一种高压直流断路器半导体组件保护电路，用以在验证高压直流断路器半导体组件故障关断能力的同时防止测试用电抗器被过电压击穿。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，高压直流断路器半导体组件保护电路包括：直流电源支路1、故障电流产生支路2、晶闸管电压限制支路3、半导体组件支路4以及吸能支路5。所述直流电源支路1与所述故障电流产生支路2并联连接，所述故障电流产生支路2、所述晶闸管电压限制支路3以及所述半导体组件支路4依次串联，所述半导体组件支路4与所述吸能支路并联5连接。
所述直流电源支路1用于提供电源，为产生测试电流提供条件；所述故障电流产生支路2用于根据所述电源产生模拟故障电流；所述晶闸管电压限制支路3用于限制反向电压；所述半导体组件支路4用于关断所述模拟故障电流；所述吸能支路5用于吸收所述半导体组件支路关断所述模拟故障电流时产生的能量。
如图2所示，所述直流电源支路1包括串联连接的高压直流电源以及第一开关S1。
故障电流产生支路包括电容器C1、电抗器L1、电阻R1以及第二开关S2。所述电容器C1的第一端分别与所述第一开关S1、所述第二开关S2的第一端以及所述电抗器L1的第一端连接，所述第二开关S2的第二端与所述电阻R1的第一端连接，所述电阻R1的第二端分别与所述电容器C1的第二端、所述半导体组件支路以及所述吸能支路连接，所述电抗器L1的第二端与所述晶闸管电压限制支路连接。
所述晶闸管电压限制支路包括并联连接的晶闸管、避雷器以及第一二极管；所述晶闸管的第一端、所述避雷器的第一端以及第一二极管输出端均与所述电抗器的第二端连接；所述晶闸管的第二端、所述避雷器的第二端以及第一二极管输入端均与所述半导体组件支路以及所述吸能支路连接。
所述半导体组件支路包括半导体器件以及第二二极管；所述半导体器件为全控型半导体器件。所述半导体器件的基极与所述晶闸管的第二端、所述避雷器的第二端以及第一二极管输入端连接，所述半导体器件的发射极与所述第二二极管的输入端连接，所述半导体器件的集电极与所述第二二极管的输出端连接。
所述吸能支路包括电涌保护器,所述电涌保护器为电压限制型电涌保护器。
如图3、图4所示，工作过程如下：
试验前电路中所有的机械开关、半导体器件均属于断开状态。
A.试验开始时首先闭合第一机械开关S1给故障电流产生支路的电容器充电，达到试验电压要求后，断开第一机械开关S1。
B.触发半导体组件支路中的半导体器件，0.5ms后触发晶闸管限压保护支路中的晶闸管，测试回路导通。
C.经过预设的时延后，在t3时刻关断半导体组件支路内全控型半导体器件，此时半导体组件支路中电流开始迅速下降，其两端电压开始上升，达到吸能支路中电压限制型电涌保护单元的动作电压后，吸能支路动作吸收能量。
D.吸能支路吸收能量后，回路电流逐渐降为零，此时晶闸管两端会出现反向恢复电压超过晶闸管限压保护支路二极管的导通压降，从而使得晶闸管两端电压限制在二极管导通压降以内，随着二极管电流降为零，二极管两端出现反向恢复电压，此时避雷器将该电压限制在设定范围内。
E.试验结束后，闭合第二机械开关S2，对电容进行放电。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明中直流电源支路给电容器进行充电，为产生测试电流提供条件，故障电流产生支路产生模拟故障电流，晶闸管电压限制支路限制试验结束时晶闸管两端反向恢复电压从而保护大电流测试支路的电抗器，吸能支路吸收半导体组件支路组件关断电流时产生的能量以保住组件正常工作，同时防止组件由于电压过高而损坏。因此本发明能够在验证高压直流断路器半导体组件故障关断能力的同时防止测试用电抗器被过电压击穿。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种高压直流断路器半导体组件保护电路，其特征在于，所述保护电路包括：直流电源支路、故障电流产生支路、晶闸管电压限制支路、半导体组件支路以及吸能支路；所述直流电源支路与所述故障电流产生支路并联连接，所述故障电流产生支路、所述晶闸管电压限制支路以及所述半导体组件支路依次串联，所述半导体组件支路与所述吸能支路并联连接；所述直流电源支路用于提供电源；所述故障电流产生支路用于根据所述电源产生模拟故障电流；所述晶闸管电压限制支路包括并联连接的晶闸管、避雷器以及第一二极管；所述晶闸管的第一端、所述避雷器的第一端以及第一二极管输出端均与所述故障电流产生支路的输出端连接；所述晶闸管的第二端、所述避雷器的第二端以及第一二极管输入端均与所述半导体组件支路以及所述吸能支路连接；吸能支路吸收能量后，回路电流逐渐降为零，此时晶闸管两端会出现反向恢复电压超过晶闸管限压保护支路二极管的导通压降，从而使得晶闸管两端电压限制在二极管导通压降以内，随着二极管电流降为零，二极管两端出现反向恢复电压，此时避雷器将该电压限制在设定范围内，所述晶闸管电压限制支路用于限制反向电压；所述半导体组件支路用于关断所述模拟故障电流；所述吸能支路用于吸收所述半导体组件支路关断所述模拟故障电流时产生的能量。
2.根据权利要求1所述的高压直流断路器半导体组件保护电路，其特征在于，所述直流电源支路包括串联连接的高压直流电源以及第一开关。
3.根据权利要求2所述的高压直流断路器半导体组件保护电路，其特征在于，所述故障电流产生支路包括电容器、电抗器、电阻以及第二开关；所述电容器的第一端分别与所述第一开关、所述第二开关的第一端以及所述电抗器的第一端连接，所述第二开关的第二端与所述电阻的第一端连接，所述电阻的第二端分别与所述电容器的第二端、所述半导体组件支路以及所述吸能支路连接，所述电抗器的第二端与所述晶闸管电压限制支路连接。
4.根据权利要求1所述的高压直流断路器半导体组件保护电路，其特征在于，所述半导体组件支路包括半导体器件以及第二二极管；所述半导体器件的基极与所述晶闸管的第二端、所述避雷器的第二端以及第一二极管输入端连接，所述半导体器件的发射极与所述第二二极管的输入端连接，所述半导体器件的集电极与所述第二二极管的输出端连接。
5.根据权利要求4所述的高压直流断路器半导体组件保护电路，其特征在于，所述半导体器件为全控型半导体器件。
6.根据权利要求1所述的高压直流断路器半导体组件保护电路，其特征在于，所述吸能支路包括电涌保护器。
7.根据权利要求6所述的高压直流断路器半导体组件保护电路，其特征在于，所述电涌保护器为电压限制型电涌保护器。
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CN112763879B (zh) * 2020-12-18 2023-04-07 国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院 一种反向电压可调的反向恢复特性测试电路

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN106877300A (zh) * 2017-04-14 2017-06-20 贵州电网有限责任公司 一种低压直流断路器及试验方法
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