CN111509663A - 一种二极管桥式多端口混合式直流断路器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二极管桥式多端口混合式直流断路器及其控制方法，该直流断路器包括通流部分、断流部分和n个端口。所述通流部分包括一条通流母线和n条旁通支路；每一旁通支路的一端均与通流母线相连，另一端与其对应的外围端口相连；所述断流部分包括两条断流母线、一条主断流支路、一个泄流晶闸管、n个上二极管桥臂以及n个下二极管桥臂。本发明所提供的二极管桥式多端口混合式直流断路器仅仅用一条单向的主断流支路即可实现故障电流的双向、无弧、快速分断；多条线路的故障电流可以用同一主断流支路进行分断，在线路数目较多的情况下，可以大大减小断路器中电力电子器件的使用个数，成本较低；采用二极管辅助换流，控制方法简单。

Description

一种二极管桥式多端口混合式直流断路器及其控制方法

技术领域

本发明涉及断路器，具体涉及一种二极管桥式多端口混合式直流断路器及其控制方法。

背景技术

柔性直流电网中的换流器以全控型IGBT为换流单元，采用脉宽调制技术，具备有功和无功解耦控制、传输容量大、无需滤波和无功补偿设备和可向孤岛供电等优点。它为可再生能源的集中规模化开发和大容量远距离输送、提升电网运行的灵活性和可靠性提供了有效的解决方案，在世界范围内正保持高速发展的趋势。柔性直流系统阻抗很小，直流侧发生故障时，故障电流通常在几毫秒内攀升至额定电流的数十倍，若不尽快隔离直流故障将对系统设备造成不可逆转的损害。采用直流断路器隔离直流故障可以保证系统在故障隔离过程中不断电运行，因此，直流断路器成为影响柔性直流电网发展的关键设备。

目前用于柔性直流电网的直流断路器大体可以分为三类，分别是基于常规开关的机械式直流断路器、基于纯固态电力电子器件的固态直流断路器和基于机械开关和电力电子开关结合的混合直流断路器。其中，混合直流断路器因其同时具备了机械开关的通流能力和固态开关的断流能力，具备较好的应用前景。

在针对混合直流断路器的研究中，2012年，ABB集团宣布其开发出世界首台混合式高压直流断路器。其拓扑如图1所示，包含两条支路：旁通支路和主断流支路。其中，旁通支路由快速机械开关(UFD)和负载转移开关(LCS)串联而成，主断流支路由多个断流单元串联而成，每个断流单元都是反向串联的全控电力电子开关和金属氧化物避雷器并联，具备独立的断流能力。无故障时，UFD和LCS处于导通状态，线路电流流经旁通支路，主断流支路上的电流为零。当断路器收到跳闸命令后，主断流支路中的电力电子开关立即动筒，而LCS立即关断，使得流经旁通支路的电流下降为零，故障电流换流至主断流支路，UFD在零电流状态下开始分闸。当快速机械开关触头达到额定开距时，关断主断流支路上的电力电子开关，由此产生的过电压击穿避雷器，故障电流最终流经避雷器并被吸收至零。由于单个的混合直流断路器仅有两个连接端口，因此也称作两端口混合直流断路器

但采用上述混合直流断路器方案进行保护时，存在实施成本过高的问题。一方面，为实现双向故障电流开断，可以看出，为双向切断故障电流，和承受全控电力电子开关关断时的过压，该混合直流断路器的主断流直流需要反向串联大量的全控电力电子开关，导致单个混合直流断路器成本过高。另一方面，由于直流线路正负极和两端均需装设直流断路器，在柔性直流电网规模不断扩大的背景下，上述混合直流断路器方案还存在使用个数多、总体实施成本过高的问题。

近年来学者们提出了多端口混合直流断路器的概念(端口数大于2)。其基本思路是将连接在同一直流母线上的多个混合直流断路器进行重新组合和统一控制，从而使用一条共用的主断流支路来实现多条线路故障电流的开断。由于单个混合直流断路器的成本主要来源于其主断流支路，采用多端口混合直流断路器可以极大地减少主断流支路中全控电力电子开关的使用个数，从而降低断路器的总体实施成本。

图2为现有多端口直流断路器的典型拓扑。通常包含两条直流母线和三类支路：旁通支路、主断流支路和选择支路。正常运行时，仅有旁通支路导通，主断流支路和选择支路处于断开状态。当端口1故障时，导通选择支路1；则旁通支路1、主断路器和选择支路1共同构成了一个典型的两端口混合直流断路器，用于阻断端口1的故障电流。

选择支路的设计决定了多端口混合直流断路器的断流性能以及经济性。根据断路器的基本工作原理，选择支路应当满足以下条件。

1)由于要阻断双向故障电流，因此选择支路应当满足双向电流流通功能；为使得故障电流流经主断路器，所有的选择支路之间的电流在任何情况下不能够双向流动，否则会导致故障换流失败；2)在主断流支路开断瞬间，两直流母线间会出现极大的关断过电压。此时，由于选择支路一端连接在通流直流母线上，另一端连接在断流直流母线上，因此，选择支路上将出现相同大小的过电压。由于流过主断路器的电流是双向的，该过电压可能是正向的，也可能是反向的。因此，选择支路要能够承受正反向的关断过电压；3)考虑到断路器的经济性，选择支路应当使用尽量低的成本。

现有的多端口混合直流断路器的选择支路设计大致有以下几种。

1)以单向旁通支路为选择支路，如图3所示(图3a表示原始拓扑，图3b表示变形后的拓扑)。缺点为：主断路器和选择支路为单向，因此不具备上直流母线故障断流功能，并且采用过多的快速机械开关，控制策略复杂且可靠性较低。

2)以单向二极管为选择支路，如图4所示(图4a表示原始拓扑，图4b表示变形后的拓扑)。缺点为：主断流支路和选择支路为单向，缺失反向故障电流阻断能力和母线故障电流阻断能力。

3)以单向串联晶闸管为选择支路，如图5所示(图5a表示原始拓扑，图5b表示变形后的拓扑)。缺点为：主断流支路和选择支路为单向，缺失反向故障电流阻断能力和母线故障电流阻断能力。

4)以单向晶闸管和一个主断流单元为选择支路，如图6所示(图6a表示原始拓扑，图6b表示变形后的拓扑)。缺点为：选择支路不具备耐受双向关断过电压能力，在阻断反向电流时断路器器件容易被关断过电压损坏。

5)以一半主断流支路为选择支路，，如图7所示(图7a表示原始拓扑，图7b表示变形后的拓扑)。满足上述对选择支路的要求，但随着端口数的增加，该断路器的成本增加较多，经济性较差。

由此可以看出，现有的多端口直流断路器为尽量减少器件的使用个数，从而牺牲了断路器的部分断流功能。

综合两端口混合直流断路器和多端口混合直流断路器的技术现状可知：目前混合直流断路器领域亟需解决的技术问题是如何在保持完善的断流性能的前提下降低混合直流断路器的实施成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种二极管桥式多端口混合式直流断路器及其控制方法，以在保持完善的断流性能的前提下降低混合直流断路器的实施成本。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种二极管桥式多端口混合式直流断路器，所述直流断路器包括通流部分、断流部分和n个端口；其中，

所述n个端口连接在通流部分外围，用于连接需要保护的器件或线路；

所述通流部分包括一条通流母线和n条旁通支路；每一旁通支路的一端均与通流母线相连，另一端与其对应的外围端口相连；

所述断流部分包括两条断流母线、一条主断流支路、一个泄流晶闸管、n个上二极管桥臂以及n个下二极管桥臂；所述两条断流母线分别为断流母线A和断流母线B，主断流支路跨接在断流母线A和断流母线B间；泄流晶闸管的阳极与断流母线B相连，阴极接地；每一上二极管桥臂的阴极均与断流母线A相连，阳极与其对应的端口相连；每一下二极管桥臂的阳极均与断流母线B相连，阴极与其对应的端口相连；

n为不小于2的整数。

如上所述的二极管桥式多端口混合式直流断路器，进一步地，所述旁通支路包括一超快速机械开关和一负载转移开关，两者串联。

如上所述的二极管桥式多端口混合式直流断路器，进一步地，所述负载转移开关由若干个带反并联二极管的全控电力电子开关反向串联组成。

如上所述的二极管桥式多端口混合式直流断路器，进一步地，所述主断流支路包括多个断流单元，多个断流单元同向串联。

如上所述的二极管桥式多端口混合式直流断路器，进一步地，每一所述断流单元由多个带反并联二极管的全控型电力电子开关同向串联之后与一个金属氧化物避雷器并联而成。

如上所述的二极管桥式多端口混合式直流断路器，进一步地，所述全控型电力电子开关的电流仅从上直流母线流向下直流母线。

相应地，本发明还提供了一种如上所述的二极管桥式多端口混合式直流断路器的控制方法，所述控制方法包括：

正常运行模式

系统无故障时，主断流支路处于关断状态，所有的旁通支路处于导通状态，工作电流仅流经旁通支路。

如上所述的控制方法，进一步地，所述控制方法还包括双向断路模式；

所述双向断路模式包括正向故障断流模式和负向故障断流模式；

所述正向故障断流模式包含故障检测、故障电流转移、故障能量耗散3个阶段；其中，发生发生故障的端口称作故障端口，其余端口称作非故障端口；

所述故障检测阶段从故障发生到保护检测到故障并发出断路器动作指令；在本阶段段中，断路器仍保持系统无故障运行状态，非故障端口仅通过旁通支路向故障端口注入故障电流；

所述故障电流转移阶段为：断路器收到端口1的开断指令后，包括：

第一步，立即导通主断流支路中的全控电力电子开关；

第二步，闭锁与故障端口相连的旁通支路上的负载转移开关；

第三步，当流过上述旁通支路上的电流下降到零时，分断上述旁通支路上的超快速机械开关；

本阶段中，非故障端口处的故障电流通过上二极管桥臂流入到主断流支路中，再通过故障端口的下二极管桥臂注入到故障点中；

所述故障能量耗散阶段包括：在故障电流转移至主断流支路上后，还需等待快速机械开关触头达到额定开距；当快速机械开关触头达到额定开距后，闭锁主断流支路上的所有全控电力电子开关，产生的关断过电压将击穿与之并联的避雷器，故障电流能量最后通过避雷器得以耗散，故障电流逐渐下降至零；

当切断负向电流时，进入负向故障断流模式，其控制方法和正向故障断流模式一样。

如上所述的控制方法，进一步地，所述控制方法还包括重合闸模式；

在故障电流下降为零且故障线路去游离后，断路器转入重合闸模式；所述重合闸模式包括：

导通主断流支路上的全控电力电子开关；

若保护检测到故障为永久性故障；此时，重新关断主断流支路上的电力电子开关；待冲击电流下降为零后，打开故障端口处的隔离刀闸，对故障部分进行物理隔离；

若保护检测到故障为瞬时性故障；此时，先闭合故障端口连接的旁通支路上的超快速机械开关，然后导通上述旁通支路上的负载转移开关，最后关断主断流支路上的电力电子开关，断路器便恢复到正常运行模式。

如上所述的控制方法，进一步地，所述控制方法还包括母线故障模式；所述母线故障模式包括故障检测、故障电流转移、故障能量耗散3个阶段；

所述故障检测阶段为：母线故障时，所有端口通过旁通支路向母线注入故障电流；

所述故障电流转移阶段为：断路器收到母线故障的开断指令后，包括：

第一步，立即导通主断流支路中的全控电力电子开关以及泄流晶闸管；

第二步，闭锁与通流母线相连的所有旁通支路上的负载转移开关；

第三步，当流过上述旁通支路上的电流下降到零时，分断上述旁通支路上的超快速机械开关；

本阶段中，非故障端口处的故障电流通过上二极管桥臂流入到主断流支路中，再通过泄流晶闸管回流到大地中；

所述故障能量耗散阶段为：当快速机械开关触头达到额定开距后，闭锁主断流支路上的所有全控电力电子开关，产生的关断过电压将击穿与之并联的避雷器，故障电流能量最后通过避雷器得以耗散，故障电流逐渐下降至零。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

本发明所提供的二极管桥式多端口混合式直流断路器仅仅用一条单向的主断流支路即可实现故障电流的双向、无弧、快速分断；多条线路的故障电流可以用同一主断流支路进行分断，在线路数目较多的情况下，可以大大减小断路器中电力电子器件的使用个数，成本较低；采用二极管辅助换流，控制方法简单。

附图说明

图1为现有ABB两端口混合直流断路器拓扑结构示意图；

图2为现有多端口混合直流断路器典型拓扑结构示意图；

图3a为现有多端口混合直流断路器以单向旁通支路为选择支路的原始拓扑图；

图3b为图3b变形后的拓扑图；

图4a为现有多端口混合直流断路器以单向二极管为选择支路的原始拓扑图；

图4b为图4a变形后的拓扑图；

图5a为现有多端口混合直流断路器以单向串联晶闸管为选择支路的原始拓扑图；

图5b为图5a变形后的拓扑图；

图6a为现有多端口混合直流断路器以单向晶闸管和一个主断流单元为选择支路的原始拓扑图；

图6b为图6a变形后的拓扑图；

图7a为现有多端口混合直流断路器以一半主断流支路为选择支路的原始拓扑图；

图7b为图7a变形后的拓扑图；

图8为本发明实施例提供的二极管桥式多端口混合式直流断路器的拓扑结构示意图；

图9为发明实例提供的二极管桥式多端口混合直流断路器中旁通支路的电路图；

图10为本发明实例提供的二极管桥式多端口混合直流断路器中断流单元的电路图；

图11为本发明实例提供的二极管桥式多端口混合直流断路器电路原理图；

图12为现有两端口混合直流断路器的安装示意图；

图13为本发明实施例提供的二极管桥式多端口混合式直流断路器的安装示意图；

图14为本发明实施例提供的二极管桥式多端口混合式直流断路器正常运行模式阶段电流流向示意图；

图15a为本发明实施例提供的二极管桥式多端口混合式直流断路器正向故障断流模式下故障电流检测阶段的电流流向示意图；

图15b为本发明实施例提供的二极管桥式多端口混合式直流断路器正向故障断流模式下故障电流转移阶段的电流流向示意图；

图15c为本发明实施例提供的二极管桥式多端口混合式直流断路器正向故障断流模式下故障能量耗散阶段的电流流向示意图；

图16a为本发明实施例提供的二极管桥式多端口混合式直流断路器负向故障断流模式下故障电流转移阶段的电流流向示意图；

图16b为本发明实施例提供的二极管桥式多端口混合式直流断路器负向故障断流模式下故障能量耗散阶段的电流流向示意图；

图17a为本发明实施例提供的二极管桥式多端口混合式直流断路器母线故障断流模式下故障检测阶段电流流向示意图；

图17b为本发明实施例提供的二极管桥式多端口混合式直流断路器母线故障断流模式下故障电流转移阶段电流流向示意图；

图17c为本发明实施例提供的二极管桥式多端口混合式直流断路器母线故障断流模式下故障能量耗散阶段电流流向示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例：

现有混合直流断路器主要可分为两端口混合直流断路器和多端口混合直流断路器。现有的两端口混合直流断路器方案有2个缺点：①为了保证故障电流的双向分断，在主断流支路需要正反向串/并联大量的IGBT，导致单个断路器成本过高；②为保护直流系统，在每条直流线路两端都需要安装独立的两端口混合直流断路器，随着线路和换流站端数的增加，断路器总体实施成本过高。现有的多端口混合直流断路器方案的缺点为：存在断流能力的缺失，难以兼顾经济性和断流性能。

为了保留混合直流断路器的开断能力，并减少直流电网中安装混合直流断路器所需要的全控型电力电子器件数目，降低断路器的实施成本。本实施例提供了一种二极管桥式多端口混合式直流断路器，参阅图8、11所示，本实施例所提供的二极管桥式多端口混合式直流断路器包括通流部分1、断流部分2和n个端口。

其中，该n个端口连接在通流部分100外围，用于连接需要保护的器件或线路。

该通流部分100则包括一条通流母线11和n条旁通支路；每一旁通支路的一端均与通流母线11相连，另一端与其对应的外围端口相连。比如，旁通支路1的一端和通流母线11相连，另一端则是和端口1相连。

而该断流部分200包括两条断流母线20、一条主断流支路21、一个泄流晶闸管22、n个上二极管桥臂23以及n个下二极管桥臂24；该两条断流母线20分别为断流母线A和断流母线B，主断流支路21跨接在断流母线A和断流母线B间；泄流晶闸管22的阳极与断流母线B相连，阴极接地；每一上二极管桥臂23的阴极均与断流母线A相连，阳极与其对应的端口相连，比如每一上二极管桥臂1的阴极与断流母线A相连，阳极则是与端口1相连；每一下二极管桥臂的阳极均与断流母线B相连，阴极与其对应的端口相连，比如每一下二极管桥臂1的阳极与断流母线B相连，阴极则是与端口1相连。

上述字母n为不小于2的整数。

由此可见，本实施例提供的二极管桥式多端口混合式直流断路器具有多个端口，每个端口的故障电流都能被有效阻断。因此，本实施例所提的断路器可以安装在具有多条出线(≥2条)的直流节点或直流母线处。对于正极接地系统来说，图12显示了现有两端口混合直流断路器在一个具有3条出线的节点上的安装方式，图13显示了本实施例所提断路器在同样的节点处的安装方式。采用本实施例所提的直流断路器时，断路器中的通流直流母线相当于系统原有的直流母线。

具体地，上述的旁通支路由一个超快速机械开关UFD和一个负载转移开关LCS串联而成。其中，负载转移开关由几个带反并联二极管的全控电力电子开关T反向串联组成，旁通支路电路图如图9所示，如此，通过采用二极管辅助换流，使得控制策略简单。

上述的主断流支路由多个断流单元同向串联组成。其中，每个断流单元由几个带反并联二极管的全控型电力电子开关T同向串联之后与一个金属氧化物避雷器MOA并联而成。为了实现双向断流功能，普通混合直流断路器主断流单元中全控型电力电子开关是“正反向串联”的，而本实施例中全控性电力电子开关是“同向串联”串联结构，仅用一半数量的器件就能实现双向断流功能。此外，主断流开关中的全控型电力电子开关的电流仅从上直流母线流向下直流母线，如此，故障电流能够流经IGBT，能通过闭锁IGBT阻断故障电流。断流单元电路图如图10所示。上述的上、下二极管桥臂都由多个二极管同向串联而成。

相应地，本实施例还提供了上述二极管桥式多端口混合式直流断路器的控制方法，以图13所示的断路器安装方式为例，并假设端口1发生故障，以此来阐述本断路器的控制方法。本断路器提供了三种基本运行模式。这三种基本运行模式为：正常运行模式、双向断流模式、重合闸模式以及母线故障断流模式。

(1)正常运行模式

系统无故障时，主断流支路处于关断状态，所有的旁通支路处于导通状态，工作电流仅流经旁通支路，如图14所示。

(2)双向断流模式

该双向断路模式包括正向故障断流模式和负向故障断流模式故障断流模式；该正向故障断流模式包含故障检测、故障电流转移、故障能量耗散3个阶段，如图15所示。为便于描述，此处将发生故障的端口称作故障端口，其余端口称作非故障端口。

(a)故障电流检测阶段

该阶段从故障发生到保护检测到故障并发出断路器动作指令。在本阶段中，断路器仍保持系统无故障运行状态，如图15a所示，非故障端口仅通过旁通支路向故障端口注入故障电流。

(b)故障电流转移阶段

断路器收到端口1的开断指令后：

第一步，立即导通主断流支路中的全控电力电子开关；

第二步，闭锁与故障端口相连的旁通支路上的负载转移开关；

第三步，当流过上述旁通支路上的电流下降到零时，分断上述旁通支路上的超快速机械开关。

本阶段中，如图15b所示，非故障端口处的故障电流通过上二极管桥臂流入到主断流支路中，再通过故障端口的下二极管桥臂注入到故障点中。由于上、下二极管桥臂和主断流支路形成了一个H桥电路，因此，无论故障电流方向如何，都能够被有效转移到主断流支路中。

(c)故障能量耗散阶段

为避免超快速机械开关的关断电弧在过压下重燃，在故障电流转移至主断流支路上后，还需等待快速机械开关触头达到额定开距。当快速机械开关触头达到额定开距后，闭锁主断流支路上的所有全控电力电子开关，产生的关断过电压将击穿与之并联的避雷器，故障电流能量最后通过避雷器得以耗散，故障电流逐渐下降至零。本阶段故障电流通路如图15c所示。

切断负向电流时，进入负向故障断流模式，其控制策略不变，故障电流转移阶段和故障能量耗散阶段的电流流向示意图分别如图16a-b所示。

(3)重合闸模式

在故障电流下降为零且故障线路去游离后，断路器转入重合闸模式。重合闸模式分为3个步骤。

步骤一：导通主断流支路上的全控电力电子开关。

步骤二：在步骤一后，若保护检测到故障为永久性故障。此时，重新关断主断流支路上的电力电子开关。待冲击电流下降为零后，打开故障端口处的隔离刀闸，对故障部分进行物理隔离。

步骤三：在步骤一后，若保护检测到故障为瞬时性故障。此时，先闭合故障端口连接的旁通支路上的超快速机械开关，然后导通上述旁通支路上的负载转移开关，最后关断主断流支路上的电力电子开关。这样，断路器便恢复到正常运行模式。

(4)母线故障断流模式

母线故障断流模式也包含故障检测、故障电流转移、故障能量耗散3个阶段，如图17所示。

(a)故障电流检测阶段

母线故障时，所有端口通过旁通支路向母线注入故障电流，如图17a所示。

(b)故障电流转移阶段

断路器收到母线故障的开断指令后：

第一步，立即导通主断流支路中的全控电力电子开关以及泄流晶闸管；

第二步，闭锁与通流母线相连的所有旁通支路上的负载转移开关；

第三步，当流过上述旁通支路上的电流下降到零时，分断上述旁通支路上的超快速机械开关。

本阶段中，如图17b所示，非故障端口处的故障电流通过上二极管桥臂流入到主断流支路中，再通过泄流晶闸管回流到大地中。

(c)故障能量耗散阶段

当快速机械开关触头达到额定开距后，闭锁主断流支路上的所有全控电力电子开关，产生的关断过电压将击穿与之并联的避雷器，故障电流能量最后通过避雷器得以耗散，故障电流逐渐下降至零。本阶段故障电流通路如图17c所示。

综上，本发明的目在于保留混合直流断路器的开断能力，并减少直流电网中安装混合直流断路器所需要的全控型电力电子器件数目，以降低断路器的实施成本。本发明的优点为：①仅使用一条单向的主断流支路即可实现故障电流的双向、无弧、快速分断；②多条线路的故障电流可以用同一主断流支路进行分断，在线路数目较多的情况下，可以大大减小断路器中电力电子器件的使用个数，成本较低。③采用二极管辅助换流，控制策略简单。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种二极管桥式多端口混合式直流断路器，其特征在于，所述直流断路器包括通流部分、断流部分和n个端口；其中，

所述n个端口连接在通流部分外围，用于连接需要保护的器件或线路；

所述通流部分包括一条通流母线和n条旁通支路；每一旁通支路的一端均与通流母线相连，另一端与其对应的外围端口相连；

所述断流部分包括两条断流母线、一条主断流支路、一个泄流晶闸管、n个上二极管桥臂以及n个下二极管桥臂；所述两条断流母线分别为断流母线A和断流母线B，主断流支路跨接在断流母线A和断流母线B间；泄流晶闸管的阳极与断流母线B相连，阴极接地；每一上二极管桥臂的阴极均与断流母线A相连，阳极与其对应的端口相连；每一下二极管桥臂的阳极均与断流母线B相连，阴极与其对应的端口相连；

n为不小于2的整数。

2.如权利要求1所述的二极管桥式多端口混合式直流断路器，其特征在于，所述旁通支路包括一超快速机械开关和一负载转移开关，两者串联。

3.如权利要求2所述的二极管桥式多端口混合式直流断路器，其特征在于，所述负载转移开关由若干个带反并联二极管的全控电力电子开关反向串联组成。

4.如权利要求1或3所述的二极管桥式多端口混合式直流断路器，其特征在于，所述主断流支路包括多个断流单元，多个断流单元同向串联。

5.如权利要求4所述的二极管桥式多端口混合式直流断路器，其特征在于，每一所述断流单元由多个带反并联二极管的全控型电力电子开关同向串联之后与一个金属氧化物避雷器并联而成。

6.如权利要求5所述的二极管桥式多端口混合式直流断路器，其特征在于，所述全控型电力电子开关的电流仅从上直流母线流向下直流母线。

7.一种如权利要求6所述的二极管桥式多端口混合式直流断路器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

正常运行模式

系统无故障时，主断流支路处于关断状态，所有的旁通支路处于导通状态，工作电流仅流经旁通支路。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括双向断路模式；

所述双向断路模式包括正向故障断流模式和负向故障断流模式；

所述正向故障断流模式包含故障检测、故障电流转移、故障能量耗散3个阶段；其中，发生发生故障的端口称作故障端口，其余端口称作非故障端口；

所述故障检测阶段从故障发生到保护检测到故障并发出断路器动作指令；在本阶段段中，断路器仍保持系统无故障运行状态，非故障端口仅通过旁通支路向故障端口注入故障电流；

所述故障电流转移阶段为：断路器收到端口1的开断指令后，包括：

第一步，立即导通主断流支路中的全控电力电子开关；

第二步，闭锁与故障端口相连的旁通支路上的负载转移开关；

第三步，当流过上述旁通支路上的电流下降到零时，分断上述旁通支路上的超快速机械开关；

本阶段中，非故障端口处的故障电流通过上二极管桥臂流入到主断流支路中，再通过故障端口的下二极管桥臂注入到故障点中；

所述故障能量耗散阶段包括：在故障电流转移至主断流支路上后，还需等待快速机械开关触头达到额定开距；当快速机械开关触头达到额定开距后，闭锁主断流支路上的所有全控电力电子开关，产生的关断过电压将击穿与之并联的避雷器，故障电流能量最后通过避雷器得以耗散，故障电流逐渐下降至零；

当切断负向电流时，进入负向故障断流模式，其控制方法和正向故障断流模式一样。

9.如权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括重合闸模式；

在故障电流下降为零且故障线路去游离后，断路器转入重合闸模式；所述重合闸模式包括：

导通主断流支路上的全控电力电子开关；

若保护检测到故障为永久性故障；此时，重新关断主断流支路上的电力电子开关；待冲击电流下降为零后，打开故障端口处的隔离刀闸，对故障部分进行物理隔离；

若保护检测到故障为瞬时性故障；此时，先闭合故障端口连接的旁通支路上的超快速机械开关，然后导通上述旁通支路上的负载转移开关，最后关断主断流支路上的电力电子开关，断路器便恢复到正常运行模式。

10.如权利要求7所述的的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括母线故障模式；所述母线故障模式包括故障检测、故障电流转移、故障能量耗散3个阶段；

所述故障检测阶段为：母线故障时，所有端口通过旁通支路向母线注入故障电流；

所述故障电流转移阶段为：断路器收到母线故障的开断指令后，包括：

第一步，立即导通主断流支路中的全控电力电子开关以及泄流晶闸管；

第二步，闭锁与通流母线相连的所有旁通支路上的负载转移开关；

第三步，当流过上述旁通支路上的电流下降到零时，分断上述旁通支路上的超快速机械开关；

本阶段中，非故障端口处的故障电流通过上二极管桥臂流入到主断流支路中，再通过泄流晶闸管回流到大地中；

所述故障能量耗散阶段为：当快速机械开关触头达到额定开距后，闭锁主断流支路上的所有全控电力电子开关，产生的关断过电压将击穿与之并联的避雷器，故障电流能量最后通过避雷器得以耗散，故障电流逐渐下降至零。

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