CN111509680A - 共用转移支路和能耗支路的直流断路器及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种共用转移支路和能耗支路的直流断路器及其应用方法。该直流断路器包括：第一主通流支路、第一限流电抗器、第一耗能避雷器、第二限流电抗器、第二耗能避雷器、第二主通流支路、第三限流电抗器、第三耗能避雷器、第四限流电抗器、第四耗能避雷器、转移支路、能耗支路、第一智能开关、第二智能开关、第三智能开关和第四智能开关。其中，所述第一智能开关、第二智能开关、第三智能开关和第四智能开关均包括半桥型电力电子开关组。与现有技术相比，本发明实施例减小了直流断路器的设备体积、占用面积以及降低了直流断路器的成本，提升了直流断路器的可靠性和实用性。

Description

共用转移支路和能耗支路的直流断路器及其应用方法

技术领域

本发明实施例涉及开关装置技术领域，尤其涉及一种共用转移支路和能耗支路的直流断路器及其应用方法。

背景技术

随着交直流混合供电场景的发展，直流供电的需求不断扩大。在直流供电中，需要用到大量的直流断路器，在直流断路器应用数量越来越多的情况下，产生的占地面积也不断扩大。目前直流断路器中，包括机械式直流断路器、固态式直流断路器和混合式直流断路器等，这些直流断路器存在设备体积大、占用面积大和价格昂贵的问题，限制了直流断路器的更广泛应用。

发明内容

本发明实施例提供一种共用转移支路和能耗支路的直流断路器及其应用方法，以减小直流断路器的设备体积、占用面积以及降低直流断路器的成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种共用转移支路和能耗支路的直流断路器，该直流断路器包括：

第一主通流支路，包括第一端和第二端，所述第一主通流支路用于开断第一路直流电流或故障电流；

第一限流电抗器，连接于第一供电端和所述第一主通流支路的第一端之间；

第一耗能避雷器，连接于所述第一供电端和地之间；

第二限流电抗器，连接于第二供电端和所述第一主通流支路的第二端之间；

第二耗能避雷器，连接于所述第二供电端和地之间；

第二主通流支路，包括第一端和第二端，所述第二主通流支路用于开断第二路直流电流或故障电流；

第三限流电抗器，连接于第三供电端和所述第二主通流支路的第一端之间；

第三耗能避雷器，连接于所述第三供电端和地之间；

第四限流电抗器，连接于第四供电端和所述第二主通流支路的第二端之间；

第四耗能避雷器，连接于所述第四供电端和地之间；

转移支路和能耗支路，所述转移支路包括第一端和第二端，所述能耗支路包括第一端和第二端；所述转移支路的第一端与所述能耗支路的第一端电连接，所述转移支路的第二端与所述能耗支路的第二端电连接；

第一智能开关，包括控制端、第一端和第二端，所述第一智能开关的控制端接入控制信号，所述第一智能开关的第一端与所述第一主通流支路的第一端电连接，所述第一智能开关的第二端与所述转移支路的第一端电连接；

第二智能开关，包括控制端、第一端和第二端，所述第二智能开关的控制端接入控制信号，所述第二智能开关的第一端与所述第一主通流支路的第二端电连接，所述第二智能开关的第二端与所述转移支路的第二端电连接；

第三智能开关，包括控制端、第一端和第二端，所述第三智能开关的控制端接入控制信号，所述第三智能开关的第一端与所述第二主通流支路的第一端电连接，所述第三智能开关的第二端与所述转移支路的第一端电连接；

第四智能开关，包括控制端、第一端和第二端，所述第四智能开关的控制端接入控制信号，所述第四智能开关的第一端与所述第二主通流支路的第二端电连接，所述第四智能开关的第二端与所述转移支路的第二端电连接；

其中，所述第一智能开关、第二智能开关、第三智能开关和第四智能开关均包括半桥型电力电子开关组。

可选地，所述半桥型电力电子开关组包括：

第一绝缘栅双极型晶体管，所述第一绝缘栅双极型晶体管的门极接入所述控制信号，所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极作为所述半桥型电力电子开关组的第一端；

第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接，所述第一二极管的阴极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接；

第二绝缘栅双极型晶体管，所述第二绝缘栅双极型晶体管的门极接入所述控制信号，所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极作为所述半桥型电力电子开关组的第二端，所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接；

第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接，所述第二二极管的阴极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接。

可选地，所述第一主通流支路包括：串联连接的第一快速机械开关和至少一个第一电力电子开关组；

所述第二主通流支路包括：串联连接的第二快速机械开关和至少一个第二电力电子开关组。

可选地，所述第一电力电子开关组包括：所述半桥型电力电子开关组或者全桥型电力电子开关组；

所述第二电力电子开关组包括所述半桥型电力电子开关组或者全桥型电力电子开关组。

可选地，所述全桥型电力电子开关包括：

第三绝缘栅双极型晶体管，所述第三绝缘栅双极型晶体管的门极接入所述控制信号；

第三二极管，所述第三二极管的阳极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接，所述第三二极管的阴极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接；

第四绝缘栅双极型晶体管，所述第四绝缘栅双极型晶体管的门极接入所述控制信号，所述第四绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接；

第四二极管，所述第四二极管的阳极与所述第四绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接，所述第四二极管的阴极与所述第四绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接；

第五绝缘栅双极型晶体管，所述第五绝缘栅双极型晶体管的门极接入所述控制信号，所述第五绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接；

第五二极管，所述第五二极管的阳极与所述第五绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接，所述第五二极管的阴极与所述第五绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接；

第六绝缘栅双极型晶体管，所述第六绝缘栅双极型晶体管的门极接入所述控制信号，所述第六绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第五绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接；

第六二极管，所述第六二极管的阳极与所述第六绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接，所述第六二极管的阴极与所述第六绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接；

中间模块，包括第一端和第二端，所述中间模块的第一端与所述第五绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接，所述中间模块的第二端与所述第六绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接。

可选地，所述中间模块包括：第一电容，所述第一电容的第一极作为所述中间模块的第一端，所述第一电容的第二极作为所述中间模块的第二端；

或者，所述中间模块包括：第一电容和第一电阻，所述第一电容的第一极作为所述中间模块的第一端，所述第一电容的第二极作为所述中间模块的第二端；所述第一电阻的第一端与所述第一电容的第一端电连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第二端电连接；

或者，所述中间模块包括：第一电容、第一电阻和第七二极管，所述第七二极管的阴极作为所述中间模块的第一端，所述第七二极管的阳极与所述第一电容的第一极电连接；所述第一电容的第二极作为所述中间模块的第二端；所述第一电阻的第一端与所述第一电容的第一端电连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第二端电连接；

或者，所述中间模块包括：第七绝缘栅双极型晶体管和第八二极管，所述第七绝缘栅双极型晶体管的门极接入所述控制信号，所述第七绝缘栅双极型晶体管的集电极作为所述中间模块的第一端，所述第七绝缘栅双极型晶体管的发射极作为所述中间模块的第二端，所述第八二极管的阳极与所述第七绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接，所述第八二极管的阴极与所述第七绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接。

第二方面，本发明实施例还提供了一种如本发明任意实施例所述的共用转移支路和能耗支路的直流断路器的应用方法，该直流断路器的应用方法包括导通送电过程，所述导通送电过程包括：

控制所述第一主通流支路、所述第二主通流支路、所述第一智能开关、所述第二智能开关、所述第三智能开关、所述第四智能开关和所述转移支路关断；

控制所述第一智能开关和所述第二智能开关导通；以及控制所述转移支路导通；

控制所述第一主通流支路导通；

控制所述第一智能开关和所述第二智能开关关断；以及控制所述转移支路关断；

控制所述第三智能开关和所述第四智能开关导通；以及控制所述转移支路导通；

控制所述第二主通流支路导通；

控制所述第三智能开关和所述第四智能开关关断，以及控制所述转移支路关断。

可选地，控制所述第一主通流支路导通，包括：

控制所述第一快速机械开关合闸；

控制所述第一电力电子开关组导通；

控制所述第二主通流支路导通，包括：

控制所述第二快速机械开关合闸；

控制所述第二电力电子开关组导通。

可选地，直流断路器的应用方法还包括：第一主通流支路的关断过程或第二主通流支路的关断过程；

所述第一主通流支路的关断过程包括：

控制所述第一智能开关和所述第二智能开关导通；以及控制所述转移支路导通；

控制所述第一主通流支路的第一电力电子开关组关断；

若所述第一主通流支路中的第一电力电子开关组完全关断，则控制所述第一快速机械开关关断；

控制所述转移支路关断；

若所述转移支路完全关断，则控制所述第一智能开关和所述第二智能开关关断；

所述第二主通流支路的关断过程包括：

控制所述第三智能开关和所述第四智能开关导通；以及控制所述转移支路导通；

控制所述第二主通流支路的第二电力电子开关组关断；

若所述第二主通流支路中的第二电力电子开关组完全关断，则控制所述第二快速机械开关关断；

控制所述转移支路关断；

若所述转移支路完全关断，则控制所述第三智能开关和所述第四智能开关关断。

可选地，直流断路器的应用方法还包括：故障检测过程；所述故障检测过程包括：

若在所述第一限流电抗器外侧或所述第二限流电抗器外侧发生接地故障，则执行所述第一主通流支路的关断过程；

在所述第一主通流支路关断后的预设时间，执行所述第一主通流支路的导通过程；若存在故障电流，则重复执行所述第一主通流支路的关断过程；

若在所述第三限流电抗器外侧或所述第四限流电抗器外侧发生接地故障，则执行所述第二主通流支路的关断过程；

在所述第二主通流支路关断后的所述预设时间，执行所述第二主通流支路的导通过程；若存在故障电流，则重复执行所述第二主通流支路的关断过程。

本发明实施例通过设置第一智能开关、第二智能开关、第三智能开关和第四智能开关能够实现两路支路系统共用转移支路和能耗支路，且第一智能开关、第二智能开关、第三智能开关和第四智能开关均包括半桥型电力电子开关组。第一方面，可以通过共用能耗支路和转移支路，节省了一套能耗支路和转移支路的使用，从而减少了直流断路器的占用面积，使得设备更为紧凑化；第二方面，直流断路器中的元器件价格较为昂贵，通过减少一套能耗支路和转移支路，有利于降低直流断路器的成本，有利于直流断路器的更广泛应用；第三方面，本发明实施例能够高速且灵活地开断和闭合电路之间的连接，从而为实现两路支路系统共用转移支路和能耗支路提供了可靠基础。因此，本发明实施例提升了共用转移支路和能耗支路的直流断路器的可靠性和实用性。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种共用转移支路和能耗支路的直流断路器的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种半桥型电力电子开关组的结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的一种全桥型电力电子开关组的结构示意图；

图4为本发明实施例二提供的一种中间模块的结构示意图；

图5为本发明实施例二提供的另一种中间模块的结构示意图；

图6为本发明实施例二提供的又一种中间模块的结构示意图；

图7为本发明实施例二提供的又一种中间模块的结构示意图；

图8为本发明实施例三提供的一种共用转移支路和能耗支路的直流断路器的导通送电过程的流程示意图；

图9为本发明实施例四提供的一种共用转移支路和能耗支路的直流断路器的第一主通流支路的关断过程的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种共用转移支路和能耗支路的直流断路器的结构示意图。该直流断路器可适用于开断正常直流电流和开断故障电流。参见图1，该共用转移支路和能耗支路的直流断路器包括：第一主通流支路100、第一限流电抗器L1、第一耗能避雷器MOV1、第二限流电抗器L2、第二耗能避雷器MOV2、第二主通流支路200、第三限流电抗器L3、第三耗能避雷器MOV3、第四限流电抗器L4、第四耗能避雷器MOV4、转移支路300、能耗支路400、第一智能开关B1、第二智能开关B2、第三智能开关B3和第四智能开关B4。

第一主通流支路100包括第一端和第二端，第一主通流支路100用于开断第一路直流电流或故障电流。可选地，第一主通流支路100包括：串联连接的第一快速机械开关K1和至少一个第一电力电子开关组A1。第一电力电子开关组A1包括半桥型电力电子开关组或者全桥型电力电子开关组。第一主通流支路100可长时间通过线路额定电流，其中的第一电力电子开关组可实现电流转移功能。

第一限流电抗器L1连接于第一供电端101和第一主通流支路100的第一端之间。第一耗能避雷器MOV1连接于第一供电端101和地之间；第二限流电抗器L2连接于第二供电端102和第一主通流支路100的第二端之间；第二耗能避雷器MOV2连接于第二供电端102和地之间。第一主通流支路100包括电力电子开关。第一限流电抗器L1和第二限流电抗器L2用于防止直流断路器中电流的突然变化，可起到保护电力电子开关的作用；耗能避雷器(包括第一耗能避雷器MOV1和第二耗能避雷器MOV2)又称为泄能避雷器或者耗能/泄能避雷器，耗能避雷器用于防止直流断路器出现过电压，保护电力电子开关免受过电压损坏。耗能避雷器例如可以包括氧化锌避雷器(MOV)。

第二主通流支路200包括第一端和第二端，第二主通流支路200用于开断第二路直流电流或故障电流。可选地，第二主通流支路200包括：串联连接的第二快速机械开关K2和至少一个第二电力电子开关组A2。第二电力电子开关组A2包括半桥型电力电子开关组或者全桥型电力电子开关组。第二主通流支路200可长时间通过线路额定电流，其中的第二电力电子开关组A2可实现电流转移功能。

第三限流电抗器L3连接于第三供电端201和第二主通流支路200的第一端之间；第三耗能避雷器MOV3连接于第三供电端201和地之间；第四限流电抗器L4连接于第四供电端202和第二主通流支路200的第二端之间；第四耗能避雷器MOV4连接于第四供电端202和地之间。第二主通流支路200包括电力电子开关。第三限流电抗器L3和第四限流电抗器L4用于防止直流断路器中电流的突然变化，可起到保护电力电子开关的作用；耗能避雷器(包括第三耗能避雷器MOV3和第四耗能避雷器MOV4)又称为泄能避雷器或者耗能/泄能避雷器，耗能避雷器用于防止直流断路器出现过电压，保护电力电子开关免受过电压损坏。耗能避雷器例如可以包括氧化锌避雷器(MOV)。

转移支路300包括第一端和第二端，能耗支路400包括第一端和第二端；转移支路300的第一端与能耗支路400的第一端电连接，转移支路300的第二端与能耗支路400的第二端电连接；即转移支路300和能耗支路400并联连接；转移支路300又可以称为电流转移支路，电流转移支路300包括一个或一个以上的第三电力电子开关组A3，每组的电力电子开关组A3的形式可以相同也可以不相同。能耗支路400又可以称为能量吸收支路，能耗支路400包括非线性电阻或氧化锌避雷器(MOV)，能耗支路400用于吸收电力电子开关在关断过程中产生的能量。

第一智能开关B1包括控制端、第一端和第二端，第一智能开关B1的控制端接入控制信号，第一智能开关B1的第一端与第一主通流支路100的第一端电连接，第一智能开关B1的第二端与转移支路300的第一端电连接；即第一智能开关B1连接于第一主通流支路100和转移支路300/能耗支路400之间；

第二智能开关B2包括控制端、第一端和第二端，第二智能开关B2的控制端接入控制信号，第二智能开关B2的第一端与第一主通流支路100的第二端电连接，第二智能开关B2的第二端与转移支路300的第二端电连接；即第二智能开关B2连接于第一主通流支路100和转移支路300/能耗支路400之间；第一智能开关B1和第二智能开关B2用于导通或关断第一主通流支路100与转移支路300/能耗支路400之间连接；

第三智能开关B3包括控制端、第一端和第二端，第三智能开关B3的控制端接入控制信号，第三智能开关B3的第一端与第二主通流支路200的第一端电连接，第三智能开关B3的第二端与转移支路300的第一端电连接；即第三智能开关B3连接于第二主通流支路200和转移支路300/能耗支路400之间；

第四智能开关B4包括控制端、第一端和第二端，第四智能开关B4的控制端接入控制信号，第四智能开关B4的第一端与第二主通流支路200的第二端电连接，第四智能开关B4的第二端与转移支路300的第二端电连接；即第四智能开关B4连接于第二主通流支路200和转移支路300/能耗支路400之间；第三智能开关B3和第四智能开关B4用于导通或关断第二主通流支路100与转移支路300/能耗支路400之间连接；

由此可见，本发明实施例通过设置第一智能开关B1、第二智能开关B2、第三智能开关B3和第四智能开关B4能够实现两路支路系统共用转移支路300和能耗支路400。一方面，本发明实施例提供的直流断路器通过共用能耗支路400和转移支路300，节省了一套能耗支路400和转移支路300的使用，从而减少了直流断路器的占用面积，使得设备更为紧凑化；另一方面，直流断路器中的元器件价格较为昂贵，通过减少一套能耗支路400和转移支路300，有利于降低直流断路器的成本，有利于直流断路器的更广泛应用。

另外，第一智能开关B1、第二智能开关B2、第三智能开关B3和第四智能开关B4的设置是共用能耗支路400和转移支路300的关键，本发明实施例提供的直流断路器中的第一智能开关B1、第二智能开关B2、第三智能开关B3和第四智能开关B4均包括半桥型电力电子开关组。

图2为本发明实施例一提供的一种半桥型电力电子开关组的结构示意图。参见图2，半桥型电力电子开关组B包括：第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1、第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2、第一二极管D1和第二二极管D2。

第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1的门极接入控制信号，第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1的集电极作为半桥型电力电子开关组B的第一端；第一二极管D1的阳极与第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1的发射极电连接，第一二极管D1的阴极与第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1的集电极电连接；第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2的门极接入控制信号，第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2的集电极作为半桥型电力电子开关组B的第二端，第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2的发射极与第一绝缘栅双极型晶体管IGBT1的发射极电连接；第二二极管D2的阳极与第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2的发射极电连接，第二二极管D2的阴极与第二绝缘栅双极型晶体管IGBT2的集电极电连接。

也就是说，半桥型电力电子开关组B由2个绝缘栅双极型晶体管与2个二极管构成，其结构为两个二极管反向串联，2个绝缘栅双极型晶体管分别与两个二极管反向并联。

本发明实施例设置第一智能开关B1、第二智能开关B2、第三智能开关B3和第四智能开关B4均包括半桥型电力电子开关组B，半桥型电力电子开关组B包括电力电子开关，电力电子开关的导通和关断的时间更短、速度更快，半桥型电力电子开关组的电流具有双向流通的灵活控制功能，并可承受更大的电流，能够高速且灵活地开断和闭合电路之间的连接，从而有利于实现两路支路系统共用转移支路300和能耗支路400。因此，本发明实施例有利于提升共用转移支路和能耗支路的直流断路器的可靠性和实用性。

需要说明的是，该半桥型电力电子开关组B的结构还适用于第一电力电子开关组A1和第二电力电子开关组A2。

还需要说明的是，本发明实施例示例性地示出了共用转移支路和能耗支路的直流断路器适用于2条支路系统，并非对本发明的限定。在其他实施例中还可以设置共用转移支路和能耗支路的直流断路器适用于2条及以上偶数直流支路系统中开断正常直流电流、故障电流。

实施例二

在实施例一的基础上，实施例二对实施例一种的全桥型电力电子开关组的结构进行进一步地说明。图3为本发明实施例二提供的一种全桥型电力电子开关组的结构示意图。参见图3，该全桥型电力电子开关组A包括：第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3、第三二极管D3、第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4、第四二极管D4、第五绝缘栅双极型晶体管IGBT5、第六绝缘栅双极型晶体管IGBT6、第六二极管D6和中间模块C。

其中，第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3的门极接入控制信号；第三二极管D3的阳极与第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3的发射极电连接，第三二极管D3的阴极与第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3的集电极电连接；第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4的门极接入控制信号，第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4的发射极与第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3的发射极电连接；第四二极管D4的阳极与第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4的发射极电连接，第四二极管D4的阴极与第四绝缘栅双极型晶体管IGBT4的集电极电连接；第五绝缘栅双极型晶体管IGBT5的门极接入控制信号，第五绝缘栅双极型晶体管IGBT5的集电极与第三绝缘栅双极型晶体管IGBT3的集电极电连接；第五二极管D5的阳极与第五绝缘栅双极型晶体管IGBT5的发射极电连接，第五二极管D5的阴极与第五绝缘栅双极型晶体管IGBT5的集电极电连接；第六绝缘栅双极型晶体管IGBT6的门极接入控制信号，第六绝缘栅双极型晶体管IGBT6的发射极与第五绝缘栅双极型晶体管IGBT5的发射极电连接；第六二极管D6的阳极与第六绝缘栅双极型晶体管IGBT6的发射极电连接，第六二极管D6的阴极与第六绝缘栅双极型晶体管IGBT6的集电极电连接；中间模块C包括第一端和第二端，中间模块C的第一端与第五绝缘栅双极型晶体管IGBT5的集电极电连接，中间模块C的第二端与第六绝缘栅双极型晶体管IGBT6的集电极电连接。

也就是说，全桥型电力电子开关组A由4个绝缘栅双极型晶体管、4个二极管和一个中间模块C构成。结合实施例一和图2，全桥型电力电子开关组A由两个半桥型电力电子开关组B和中间模块C并联而成。中间模块C具有分流和滤波功能，当全桥型电力电子开关组A中的电力电子开关关断或导通的时候，电流会有波动，此时中间模块C具有导通高频电流，防止电力电子开关上产生过电流或过电压。

在上述技术方案的基础上，中间模块C的实施方式有多种，下面就其中的几种实施方式进行说明，但不作为对本发明的限定。

图4为本发明实施例二提供的一种中间模块的结构示意图。参见图4，在本发明的一种实施方式中，可选地，中间模块C包括第一电容C1，第一电容C1的第一极作为中间模块C的第一端，第一电容C1的第二极作为中间模块C的第二端。该中间模块C为电容结构，电容具有导通高频电流的作用，从而可以实现分流和滤波功能。

图5为本发明实施例二提供的另一种中间模块的结构示意图。参见图5，在本发明的一种实施方式中，可选地，中间模块C包括：第一电容C1和第一电阻R1，第一电容C1的第一极作为中间模块C的第一端，第一电容C1的第二极作为中间模块C的第二端；第一电阻R1的第一端与第一电容C1的第一端电连接，第一电阻R1的第二端与第一电容C1的第二端电连接。该中间模块C为电容和电阻并联结构。

图6为本发明实施例二提供的又一种中间模块的结构示意图。参见图6，在本发明的一种实施方式中，可选地，中间模块C包括：第一电容C1、第一电阻R1和第七二极管D7，第七二极管D7的阴极作为中间模块C的第一端，第七二极管D7的阳极与第一电容C1的第一极电连接；第一电容C1的第二极作为中间模块C的第二端；第一电阻R1的第一端与第一电容C1的第一端电连接，第一电阻R1的第二端与第一电容C1的第二端电连接。该中间模块C为电容和电阻并联后与二极管串联结构。

图7为本发明实施例二提供的又一种中间模块的结构示意图。参见图7，在本发明的一种实施方式中，可选地，中间模块C包括：第七绝缘栅双极型晶体管IGBT7和第八二极管D8，第七绝缘栅双极型晶体管IGBT7的门极接入控制信号，第七绝缘栅双极型晶体管IGBT7的集电极作为中间模块C的第一端，第七绝缘栅双极型晶体管IGBT7的发射极作为中间模块C的第二端，第八二极管D8的阳极与第七绝缘栅双极型晶体管IGBT7的发射极电连接，第八二极管D8的阴极与第七绝缘栅双极型晶体管IGBT7的集电极电连接。该中间模块C为绝缘栅双极型晶体管与二极管反向并联结构，其中绝缘栅双极型晶体管为可控晶体管，且通流能力较强可以实现分得较大电流的功能。

其中，图4-图7中的中间模块C对两个半桥型电力电子开关组B的电压分流控制效果逐级递增。

实施例三

在上述各实施例的基础上，实施例三提供了一种如前述各实施例提供的共用转移支路和能耗支路的直流断路器的应用方法。该应用方法包括开断正常直流电流和开断故障电流。图8为本发明实施例三提供的一种共用转移支路和能耗支路的直流断路器的导通送电过程的流程示意图。参见图8，该导通送电过程包括以下步骤：

S110、控制第一主通流支路、第二主通流支路、第一智能开关、第二智能开关、第三智能开关、第四智能开关和转移支路关断。

其中，第一主通流支路、第二主通流支路、第一智能开关、第二智能开关、第三智能开关、第四智能开关和转移支路均关断，即直流断路器处于初始状态。可选地，在S110中还可以进一步确认第一限流电抗器、第一耗能避雷器、第二限流电抗器、第二耗能避雷器、第三限流电抗器、第三耗能避雷器、第四限流电抗器和第四耗能避雷器均处于工作状态。

S120、控制第一智能开关和第二智能开关导通；以及控制转移支路导通。

其中，转移支路包括一个或一个以上的电力电子开关组，控制转移支路导通，也就是控制一个或一个以上的电力电子开关组开启。

S130、控制第一主通流支路导通。

其中，第一主通流支路可以包括：串联连接的第一快速机械开关和至少一个第一电力电子开关组。那么，控制第一主通流支路导通的步骤包括：先控制第一快速机械开关合闸；再控制第一电力电子开关组导通。

S140、控制第一智能开关和第二智能开关关断；以及控制转移支路关断。

其中，转移支路包括一个或一个以上的电力电子开关组，控制转移支路关断，也就是控制一个或一个以上的电力电子开关组关断。

S150、控制第三智能开关和第四智能开关导通；以及控制转移支路导通。

其中，转移支路包括一个或一个以上的电力电子开关组，控制转移支路导通，也就是控制一个或一个以上的电力电子开关组开启。

S160、控制第二主通流支路导通。

其中，第二主通流支路可以包括：串联连接的第二快速机械开关和至少一个第二电力电子开关组。控制第二主通流支路导通的步骤包括：先控制第二快速机械开关合闸；再控制第二电力电子开关组导通。

S170、控制第三智能开关和第四智能开关关断，以及控制转移支路关断。

其中，转移支路包括一个或一个以上的电力电子开关组，控制转移支路关断，也就是控制一个或一个以上的电力电子开关组关断。

通过S110-S170，完成了共用转移支路和能耗支路的直流断路器的导通送电过程。

实施例四

在实施例三的基础上，当线路发生故障时或者线路正常切断时，还需要控制共用转移支路和能耗支路的直流断路器的第一主通流支路和/或第二主通流支路关断。图9为本发明实施例四提供的一种共用转移支路和能耗支路的直流断路器的第一主通流支路的关断过程的流程示意图。参见图9，第一主通流支路的关断过程包括以下步骤：

S210、控制第一智能开关和第二智能开关导通；以及控制转移支路导通。

S220、控制第一主通流支路的第一电力电子开关组关断。

S230、若第一主通流支路中的第一电力电子开关组完全关断，则控制第一快速机械开关关断。

S240、控制转移支路关断。

S250、若转移支路完全关断，则控制第一智能开关和第二智能开关关断。

通过S210-S250，完成了第一主通流支路的关断过程。

需要说明的是，第二主通流支路的关断过程与第一主通流支路的关断过程类似，这里不再赘述。

在上述技术方案的基础上，可选地，在S210之前，还包括确认初始状态。

其中，关断过程的初始状态为导通送电过程的最终状态，即实施例四中S170后的状态。通过确认初始状态的步骤，有利于避免直流断路器的误操作，从而有利于电网的稳定工作。

在上述各技术方案中，示例性地示出了第一主通流支路的关断的通用步骤，故障检测过程包括上述第一主通流支路或第二流通支路的关断过程。下面就第一主通流支路中第二限流电抗器的外侧线路发生接地故障时的故障检测过程进行说明。

当第一主通流支路中第二限流电抗器的外侧线路发生接地故障时，第二限流电抗器具有限流功能，能够防止第一主通流支路上的电流突变。此时执行第一主通流支路的关断过程。具体包括如下步骤：

通过S210，控制第一智能开关和第二智能开关导通；以及控制转移支路导通，将故障后电流转移至第二智能开关-转移支路-第一智能开关支路流通。

通过S220，控制第一主通流支路的第一电力电子开关组关断，迫使故障电流全部由第二智能开关-转移支路-第一智能开关支路流通。

通过S230，若第一主通流支路中的第一电力电子开关组完全关断，即第一主通流支路无电流，则控制第一快速机械开关关断。

通过S240，控制转移支路关断；关断过程中由电路中的杂散电感和电容震荡产生的剩余能量通过能量吸收支路吸收。

通过S250，若转移支路完全关断，则控制第一智能开关和第二智能开关关断；从而完成第一主通流支路的关断。

在S250之后，为判断该接地故障是否为永久性故障，第一主通流支路关断预设时间(例如1秒后)，执行第一主通流支路的导通过程(实施例三中的S110-S140)，重启第一主通流支路导通送电；如故障电流依然存在，则再次执行第一主通流支路的关断过程(实施例四中的S210-S250)，永久关断第一主通流支路；如无故障电流，则第一主通流支路继续送电。

需要说明的是，第二主通流支路的故障过程与第一主通流支路的故障过程类似，不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种共用转移支路和能耗支路的直流断路器，其特征在于，包括：

第一主通流支路，包括第一端和第二端，所述第一主通流支路用于开断第一路直流电流或故障电流；

第一限流电抗器，连接于第一供电端和所述第一主通流支路的第一端之间；

第一耗能避雷器，连接于所述第一供电端和地之间；

第二限流电抗器，连接于第二供电端和所述第一主通流支路的第二端之间；

第二耗能避雷器，连接于所述第二供电端和地之间；

第二主通流支路，包括第一端和第二端，所述第二主通流支路用于开断第二路直流电流或故障电流；

第三限流电抗器，连接于第三供电端和所述第二主通流支路的第一端之间；

第三耗能避雷器，连接于所述第三供电端和地之间；

第四限流电抗器，连接于第四供电端和所述第二主通流支路的第二端之间；

第四耗能避雷器，连接于所述第四供电端和地之间；

转移支路和能耗支路，所述转移支路包括第一端和第二端，所述能耗支路包括第一端和第二端；所述转移支路的第一端与所述能耗支路的第一端电连接，所述转移支路的第二端与所述能耗支路的第二端电连接；

第一智能开关，包括控制端、第一端和第二端，所述第一智能开关的控制端接入控制信号，所述第一智能开关的第一端与所述第一主通流支路的第一端电连接，所述第一智能开关的第二端与所述转移支路的第一端电连接；

第二智能开关，包括控制端、第一端和第二端，所述第二智能开关的控制端接入控制信号，所述第二智能开关的第一端与所述第一主通流支路的第二端电连接，所述第二智能开关的第二端与所述转移支路的第二端电连接；

第三智能开关，包括控制端、第一端和第二端，所述第三智能开关的控制端接入控制信号，所述第三智能开关的第一端与所述第二主通流支路的第一端电连接，所述第三智能开关的第二端与所述转移支路的第一端电连接；

第四智能开关，包括控制端、第一端和第二端，所述第四智能开关的控制端接入控制信号，所述第四智能开关的第一端与所述第二主通流支路的第二端电连接，所述第四智能开关的第二端与所述转移支路的第二端电连接；

其中，所述第一智能开关、第二智能开关、第三智能开关和第四智能开关均包括半桥型电力电子开关组。

2.根据权利要求1所述的共用转移支路和能耗支路的直流断路器，其特征在于，所述半桥型电力电子开关组包括：

第一绝缘栅双极型晶体管，所述第一绝缘栅双极型晶体管的门极接入所述控制信号，所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极作为所述半桥型电力电子开关组的第一端；

第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接，所述第一二极管的阴极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接；

第二绝缘栅双极型晶体管，所述第二绝缘栅双极型晶体管的门极接入所述控制信号，所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极作为所述半桥型电力电子开关组的第二端，所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接；

第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接，所述第二二极管的阴极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接。

3.根据权利要求1所述的共用转移支路和能耗支路的直流断路器，其特征在于，所述第一主通流支路包括：串联连接的第一快速机械开关和至少一个第一电力电子开关组；

所述第二主通流支路包括：串联连接的第二快速机械开关和至少一个第二电力电子开关组。

4.根据权利要求3所述的共用转移支路和能耗支路的直流断路器，其特征在于，所述第一电力电子开关组包括：所述半桥型电力电子开关组或者全桥型电力电子开关组；

所述第二电力电子开关组包括所述半桥型电力电子开关组或者全桥型电力电子开关组。

5.根据权利要求4所述的共用转移支路和能耗支路的直流断路器，其特征在于，所述全桥型电力电子开关包括：

第三绝缘栅双极型晶体管，所述第三绝缘栅双极型晶体管的门极接入所述控制信号；

第三二极管，所述第三二极管的阳极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接，所述第三二极管的阴极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接；

第四绝缘栅双极型晶体管，所述第四绝缘栅双极型晶体管的门极接入所述控制信号，所述第四绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接；

第四二极管，所述第四二极管的阳极与所述第四绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接，所述第四二极管的阴极与所述第四绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接；

第五绝缘栅双极型晶体管，所述第五绝缘栅双极型晶体管的门极接入所述控制信号，所述第五绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接；

第五二极管，所述第五二极管的阳极与所述第五绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接，所述第五二极管的阴极与所述第五绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接；

第六绝缘栅双极型晶体管，所述第六绝缘栅双极型晶体管的门极接入所述控制信号，所述第六绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第五绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接；

第六二极管，所述第六二极管的阳极与所述第六绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接，所述第六二极管的阴极与所述第六绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接；

中间模块，包括第一端和第二端，所述中间模块的第一端与所述第五绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接，所述中间模块的第二端与所述第六绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接。

6.根据权利要求5所述的共用转移支路和能耗支路的直流断路器，其特征在于，

所述中间模块包括：第一电容，所述第一电容的第一极作为所述中间模块的第一端，所述第一电容的第二极作为所述中间模块的第二端；

或者，所述中间模块包括：第一电容和第一电阻，所述第一电容的第一极作为所述中间模块的第一端，所述第一电容的第二极作为所述中间模块的第二端；所述第一电阻的第一端与所述第一电容的第一端电连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第二端电连接；

或者，所述中间模块包括：第一电容、第一电阻和第七二极管，所述第七二极管的阴极作为所述中间模块的第一端，所述第七二极管的阳极与所述第一电容的第一极电连接；所述第一电容的第二极作为所述中间模块的第二端；所述第一电阻的第一端与所述第一电容的第一端电连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第二端电连接；

或者，所述中间模块包括：第七绝缘栅双极型晶体管和第八二极管，所述第七绝缘栅双极型晶体管的门极接入所述控制信号，所述第七绝缘栅双极型晶体管的集电极作为所述中间模块的第一端，所述第七绝缘栅双极型晶体管的发射极作为所述中间模块的第二端，所述第八二极管的阳极与所述第七绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接，所述第八二极管的阴极与所述第七绝缘栅双极型晶体管的集电极电连接。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的共用转移支路和能耗支路的直流断路器的应用方法，其特征在于，包括导通送电过程，所述导通送电过程包括：

控制所述第一主通流支路、所述第二主通流支路、所述第一智能开关、所述第二智能开关、所述第三智能开关、所述第四智能开关和所述转移支路关断；

控制所述第一智能开关和所述第二智能开关导通；以及控制所述转移支路导通；

控制所述第一主通流支路导通；

控制所述第一智能开关和所述第二智能开关关断；以及控制所述转移支路关断；

控制所述第三智能开关和所述第四智能开关导通；以及控制所述转移支路导通；

控制所述第二主通流支路导通；

控制所述第三智能开关和所述第四智能开关关断，以及控制所述转移支路关断。

8.根据权利要求7所述的共用转移支路和能耗支路的直流断路器的应用方法，其特征在于，所述第一主通流支路包括：串联连接的第一快速机械开关和至少一个第一电力电子开关组；所述第二主通流支路包括：串联连接的第二快速机械开关和至少一个第二电力电子开关组；

控制所述第一主通流支路导通，包括：

控制所述第一快速机械开关合闸；

控制所述第一电力电子开关组导通；

控制所述第二主通流支路导通，包括：

控制所述第二快速机械开关合闸；

控制所述第二电力电子开关组导通。

9.根据权利要求8所述的共用转移支路和能耗支路的直流断路器的应用方法，其特征在于，还包括：第一主通流支路的关断过程或第二主通流支路的关断过程；

所述第一主通流支路的关断过程包括：

控制所述第一智能开关和所述第二智能开关导通；以及控制所述转移支路导通；

控制所述第一主通流支路的第一电力电子开关组关断；

若所述第一主通流支路中的第一电力电子开关组完全关断，则控制所述第一快速机械开关关断；

控制所述转移支路关断；

若所述转移支路完全关断，则控制所述第一智能开关和所述第二智能开关关断；

所述第二主通流支路的关断过程包括：

控制所述第三智能开关和所述第四智能开关导通；以及控制所述转移支路导通；

控制所述第二主通流支路的第二电力电子开关组关断；

若所述第二主通流支路中的第二电力电子开关组完全关断，则控制所述第二快速机械开关关断；

控制所述转移支路关断；

若所述转移支路完全关断，则控制所述第三智能开关和所述第四智能开关关断。

10.根据权利要求9所述的共用转移支路和能耗支路的直流断路器的应用方法，其特征在于，还包括：故障检测过程；所述故障检测过程包括：

若在所述第一限流电抗器外侧或所述第二限流电抗器外侧发生接地故障，则执行所述第一主通流支路的关断过程；

在所述第一主通流支路关断后的预设时间，执行所述第一主通流支路的导通过程；若存在故障电流，则重复执行所述第一主通流支路的关断过程；

若在所述第三限流电抗器外侧或所述第四限流电抗器外侧发生接地故障，则执行所述第二主通流支路的关断过程；

在所述第二主通流支路关断后的所述预设时间，执行所述第二主通流支路的导通过程；若存在故障电流，则重复执行所述第二主通流支路的关断过程。

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