CN112290515A - 一种混合式高压直流断路电路及断路器 - Google Patents

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苏凯
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魏炯辉
夏云峰
刘贯科
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Abstract

本发明公开了一种混合式高压直流断路电路及断路器。该电路包括主开关支路、转移支路及耗能支路；主开关支路、转移支路和耗能支路两两并联设置；转移支路包括第一子转移支路和第二子转移支路，第一子转移支路包括依次串联设置的第一转移分支、第二转移分支和第三转移分支，第二子转移支路包括依次串联设置的第四转移分支、第二转移分支和第五转移分支；第一转移分支包括至少一个二极管，第二转移分支包括多个串联设置的双极型晶体管，第三转移分支包括至少一个二极管，第四转移分支包括至少一个二极管，第五转移分支包括至少一个二极管。本技术方案通过转移支路中各子转移分支实现了降低整个直流断路电路的设计成本，降低整个电路功耗的效果。

Description

一种混合式高压直流断路电路及断路器
技术领域
本发明实施例涉及电力电子系统技术领域，尤其涉及一种混合式高压直流断路电路及断路器。
背景技术
混合式直流断路器由高速机械开关与大功率半导体器件组成；具有通流容量大、关断速度快、限流能力强等优点，已经成为直流开断领域的研究热点。
由于混合型直流断路器在发生短路故障电流时机械开关两端会出现大于系统电压的瞬态过电压，因此对于混合式直流断路器的转移电流电路提出了更高的要求。目前，双向混合式高压直流断路器中的转移电流电路采用由两组数量相同的IGBT反向串联组成，同时在每个IGBT两端反向并联二极管实现转移短路电流，但由于该方案需要使用大量IGBT，会造成整个混合式直流断路器成本较高等问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种混合式高压直流断路电路及断路器，以实现降低整个直流断路电路成本、降低功耗等效果。
第一方面，本发明实施例提供了一种混合式高压直流断路电路，该电路包括主开关支路、转移支路及耗能支路；所述主开关支路、所述转移支路和所述耗能支路两两并联设置；
所述转移支路包括第一子转移支路和第二子转移支路，所述第一子转移支路包括依次串联设置的第一转移分支、第二转移分支和第三转移分支，所述第二子转移支路包括依次串联设置的第四转移分支、所述第二转移分支和第五转移分支；
所述第一转移分支包括至少一个二极管，所述第二转移分支包括多个串联设置的双极型晶体管，所述第三转移分支包括至少一个二极管，所述第四转移分支包括至少一个二极管，所述第五转移分支包括至少一个二极管。
可选的，所述第一转移分支包括第一二极管；所述第三转移分支包括第三二极管；所述第四转移分支包括第二二极管；所述第五转移分支包括第四二极管；
所述第一二极管的正极与直流断路电路的输入端电连接，所述第一二极管的负极分别与所述第二二极管的负极及所述第二转移分支的输入端电连接，所述第二二极管的正极与直流断路电路的输出端电连接；
所述第四二极管的负极与所述直流断路电路的输入端电连接，所述第四二极管的正极分别与所述第三二极管的正极与及所述第二转移分支的输出端电连接，所述第三二极管的负极与所述直流断路电路的输出端电连接。
可选的，所述第一子转移支路和所述第二子转移支路形成“H”桥式转移支路。
可选的，所述主开关支路包括第一子主开关支路、第二子主开关支路及机械开关；所述机械开关分别与所述第一子主开关支路和所述第二子主开关支路串联电连接；
所述第一子主开关支路包括依次串联设置的第一主分支和第二主分支，所述第二子主开关支路包括依次串联设置的第三主分支和第四主分支；
所述第一主分支包括至少一个双极型晶体管，所述第二主分支包括至少一个二极管，所述第三主分支包括至少一个双极型晶体管，所述第四主分支包括至少一个二极管，且所述第一主分支与所述第四主分支并联设置，所述第二主分支与所述第三主分支并联设置。
可选的，所述第一主分支包括第一双极型晶体管；所述第二主分支包括第五晶体管；所述第三主分支包括第二双极型晶体管；所述第四主分支包括第六二极管；
所述机械开关的第一端与直流断路电路输入端电连接；所述机械开关的第二端分别与所述第六二极管的负极与所述第一双极型晶体管的输入端电连接；所述第一双极型晶体管的输出端分别与所述第五二极管的正极及所述第二双极型晶体管的输出端电连接，所述第二双极型晶体管的输入端及所述第五二极管的负极分别与所述直流断路电路的输出端电连接。
可选，所述耗能支路包括避雷器。
第二方面，本发明实施例还提供了一种混合式高压直流断路器，包括上述第一方面所述的混合式高压直流断路电路。
本发明实施例中混合式高压直流断路电路包括主开关支路、转移支路及耗能支路；所述主开关支路、所述转移支路和所述耗能支路两两并联设置；所述转移支路包括第一子转移支路和第二子转移支路，所述第一子转移支路包括依次串联设置的第一转移分支、第二转移分支和第三转移分支，所述第二子转移支路包括依次串联设置的第四转移分支、所述第二转移分支和第五转移分支；所述第一转移分支包括至少一个二极管，所述第二转移分支包括多个串联设置的双极型晶体管，所述第三转移分支包括至少一个二极管，所述第四转移分支包括至少一个二极管，所述第五转移分支包括至少一个二极管。当主开关支路两端发生故障时，本技术方案各子转移支路中各转移分支通过二极管及串联的双极性晶体管将故障电流转移，与现有技术转移支路中设置有两组反向串联的双极性晶体管、各双极性型晶体管对应反向并联有各二极管相比，实现了降低整个直流断路电路设计成本、降低功耗等效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种混合式高压断路电路结构示意图；
图2是本发明实施例提供的又一种混合式高压断路电路的电路图。
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。
图1为本发明实施例提供的一种混合式高压断路电路结构示意图，如图1所示，该断路电路包括主开关支路10、转移支路20及耗能支路30；主开关支路10、转移支路20和耗能支路30两两并联设置。转移支路20包括第一子转移支路和第二子转移支路，第一子转移支路包括依次串联设置的第一转移分支211、第二转移分支212和第三转移分支213，第二子转移支路包括依次串联设置的第四转移分支221、第二转移分支212和第五转移分支222；第一转移分支211包括至少一个二极管，第二转移分支212包括多个串联设置的双极型晶体管，第三转移分支213包括至少一个二极管，第四转移分支221包括至少一个二极管，第五转移分支222包括至少一个二极管。
其中，实际电网系统中混合式高压断路电路在正常运行时，转移支路20及耗能支路30处于断开状态；主开关支路10导通并流过直流电流；当检测到主开关支路10所在直线线路两端发生短路时，导通转移支路20，短路电流流过转移支路20；由于主开关支路10此时流过的电流为零，主开关支路10迅速断开；当主开关支路10迅速断开后，转移支路20及时断开，直流线路上的能量通过与转移支路20并联的耗能支路30吸收，短路电流下降。需要说明的是，当检测到主开关支路10所在直线线路的右端发生短路时，导通第一子转移支路，短路电流经流过第一转移分支211、第二转移分支212及第三转移分支213，主开关支路10此时流过的电流为零，主开关支路10迅速断开；当检测到主开关支路10所在直线线路的左端发生短路时，导通第二子转移支路，短路电流经流过第三转移分支221、第二转移分支212及第四转移分支222，主开关支路10此时流过的电流为零，主开关支路10迅速断开；如此实现了主开关支路10所在直线线路的双向快速通断；本技术方案各子转移支路中各转移分支通过各二极管及串联的双极性晶体管将故障电流转移，与现有技术转移支路中设置有两组反向串联的双极性晶体管、各双极性型晶体管对应反向并联有各二极管相比，也实现了降低整个直流断路电路设计成本、降低功耗等效果。
进一步的，图2是本发明实施例提供的又一种混合式高压断路电路的电路图；如图2所示，第一转移分支211包括第一二极管D1；第三转移分支213包括第三二极管D3；第四转移分支221包括第二二极管D2；第五转移分支222包括第四二极管D4；第一二极管D1的正极与直流断路电路的输入端电连接，第一二极管D1的负极分别与第二二极管D2的负极及第二转移分支212的输入端电连接，第二二极管D2的正极与直流断路电路的输出端电连接；第四二极管D4的负极与直流断路电路的输入端电连接，第四二极管D4的正极分别与第三二极管D3的正极与及第二转移分支212的输出端电连接，第三二极管D3的负极与直流断路电路的输出端电连接。第一子转移支路和第二子转移支路形成“H”桥式转移支路。
其中，转移支路20通过第一二极管D1、第三二极管D3及串联设置的多个双极型晶体管Q实现快速断开主开关支路10所在直线线路右端的短路电流；通过第二二极管D2、第四二极管D4及串联设置的多个双极型晶体管Q实现快速开断主开关支路10所在直线线路左端的短路电流；有效减少了转移支路20内的双极型晶体管的数量，降低了混合式高压直流电路的设计成本。
可选的，参照图2，主开关支路10包括第一子主开关支路、第二子主开关支路及机械开关K；机械开关K分别与第一子主开关支路和第二子主开关支路串联电连接；第一子主开关支路包括依次串联设置的第一主分支和第二主分支，第二子主开关支,包括依次串联设置的第三主分支和第四主分支；第一主分支包括至少一个双极型晶体管，第二主分支包括至少一个二极管，第三主分支包括至少一个双极型晶体管，第四主分支包括至少一个二极管，且第一主分支与第四主分支并联设置，第二主分支与第三主分支并联设置。
其中，继续参照图2，第一主分支包括第一双极型晶体管Q1；第二主分支包括第五二极管Q5；第三主分支包括第二双极型晶体管Q2；第四分支包括第六二极管D6；第一双极型晶体管Q1及第五二极管D5构成第一子主开关支路；第二双极型晶体管Q2及第六二极管D6构成第二子主开关支路。机械开关K的第一端与直流断路电路输入端电连接；机械开关K的第二端分别与第六二极管D6的负极与第一双极型晶体管Q1的输入端电连接；第一双极型晶体管Q1的输出端分别与第五二极管D5的正极及第二双极型晶体管Q2的输出端电连接，第二双极型晶体管Q2的输入端及第五二极管D5的负极分别与直流断路电路的输出端电连接。当主开关支路10所在直线线路的左端接入电网时，由第一双极型晶体管Q1及第五二极管D5构成的第一主开关支路导通，直流电流流过机械开关K；当主开关支路10所在直线线路的右端接入电网时，由第二双极型晶体管Q2及第六二极管D6构成的第二主开关支路导通,直流电流流过机械开关K；当检测到主开关支路10所在直线线路两端发生短路时，导通转移支路20，关断第一双极型晶体管Q1及第二双极型晶体管Q2,短路电流流过转移支路20；由于主开关支路10此时流过的电流为零，主开关支路10中的机械开关K迅速断开；然后断开转移电路20中的各双极型晶体管Q，直流线路上的能量通过与转移支路20并联的耗能支路30吸收。可选的，耗能支路30为氧化锌避雷器。
本发明实施例还提供了一种混合式高压直流断路器，该断路器包括上述实施例提供的混合式高压直流断路电路。由于该断路器包括混合式高压直流断路电路，也具备上述实施例所具备的有益效果，这里不再赘述。
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 (7)

1.一种混合式高压直流断路电路，其特征在于，包括：主开关支路、转移支路及耗能支路；所述主开关支路、所述转移支路和所述耗能支路两两并联设置；
所述转移支路包括第一子转移支路和第二子转移支路，所述第一子转移支路包括依次串联设置的第一转移分支、第二转移分支和第三转移分支，所述第二子转移支路包括依次串联设置的第四转移分支、所述第二转移分支和第五转移分支；
所述第一转移分支包括至少一个二极管，所述第二转移分支包括多个串联设置的双极型晶体管，所述第三转移分支包括至少一个二极管，所述第四转移分支包括至少一个二极管，所述第五转移分支包括至少一个二极管。
2.根据权利要求1所述的混合式高压直流断路电路，其特征在于，所述第一转移分支包括第一二极管；所述第三转移分支包括第三二极管；所述第四转移分支包括第二二极管；所述第五转移分支包括第四二极管；
所述第一二极管的正极与直流断路电路的输入端电连接，所述第一二极管的负极分别与所述第二二极管的负极及所述第二转移分支的输入端电连接，所述第二二极管的正极与直流断路电路的输出端电连接；
所述第四二极管的负极与所述直流断路电路的输入端电连接，所述第四二极管的正极分别与所述第三二极管的正极与及所述第二转移分支的输出端电连接，所述第三二极管的负极与所述直流断路电路的输出端电连接。
3.根据权利要求1所述的混合式高压直流断路电路，其特征在于，所述第一子转移支路和所述第二子转移支路形成“H”桥式转移支路。
4.根据权利要求1所述的混合式高压直流断路电路，其特征在于，所述主开关支路包括第一子主开关支路、第二子主开关支路及机械开关；所述机械开关分别与所述第一子主开关支路和所述第二子主开关支路串联电连接；
所述第一子主开关支路包括依次串联设置的第一主分支和第二主分支，所述第二子主开关支路包括依次串联设置的第三主分支和第四主分支；
所述第一主分支包括至少一个双极型晶体管，所述第二主分支包括至少一个二极管，所述第三主分支包括至少一个双极型晶体管，所述第四主分支包括至少一个二极管，且所述第一主分支与所述第四主分支并联设置，所述第二主分支与所述第三主分支并联设置。
5.根据权利要求4所述的混合式高压直流断路电路，其特征在于，所述第一主分支包括第一双极型晶体管；所述第二主分支包括第五晶体管；所述第三主分支包括第二双极型晶体管；所述第四主分支包括第六二极管；
所述机械开关的第一端与直流断路电路输入端电连接；所述机械开关的第二端分别与所述第六二极管的负极与所述第一双极型晶体管的输入端电连接；所述第一双极型晶体管的输出端分别与所述第五二极管的正极及所述第二双极型晶体管的输出端电连接，所述第二双极型晶体管的输入端及所述第五二极管的负极分别与所述直流断路电路的输出端电连接。
6.根据权利要求1所述的混合式高压直流断路电路，其特征在于，所述耗能支路包括避雷器。
7.一种混合式高压直流断路器，包括上述权利要求1～6任一项所述的混合式高压直流断路电路。
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