CN113964788A - 一种双向直流断路器及开断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向直流断路器及开断方法，直流断路器包括：主回路、换流支路、吸能支路、在线监测系统和控制系统，主回路、换流支路、吸能支路并联且经由出线端L1和L2引出，其中主回路由一个或多个机械开关串联构成；换流支路由预充电电容、振荡电感、振荡电容、串并联的电力电子功率器件；吸能支路由避雷器构成，其中主回路、换流支路和吸能支路相互并联。本发明提供的开断方法，能在具有重合闸功能的微损耗双向直流断路器开断电流时，保证换流支路产生幅值逐渐增大的振荡电流，该电流叠加在主回路的电流上产生电流过零点，最后由机械开关开断电流。直流断路器具有重合闸功能、双向通流、对额定电流到短路电流范围内的电流实现快速开断。

Description

一种双向直流断路器及开断方法

技术领域

本发明属于断路器领域，具体属于一种双向直流断路器及开断方法。

背景技术

目前，直流断路器主要有人工过零式直流断路器和混合式直流断路器两种实现方式，其中人工过零技术的断路器以其通态损耗小的优势成为直流断路器的优选技术方案。随着新能源的分布式直流供电系统需求大幅增加，尤其是在新能源并网的柔性多端直流系统中，由于多数负载具有发电/用电双重属性，这一特性造成柔性多端直流电网中的能量潮流方向具有不确定性。而且新能源并网的柔性多端直流系统中往往包含大量功率电力电子器件，一旦发生故障，需要在非常短的时间内切断故障电流来以防电力电子器件损毁。但是传统的直流断路器存在着通态损耗大、成本高等问题，并不能应用于柔性多端直流系统中。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种双向直流断路器及开断方法，具备通态损耗小、可快速开断，且双向可开断的能力，而且具有可在重合闸工况下开断的能力，从而保证直流断路器可以快速可靠的切除故障，提高电力系统的可靠性和稳定性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双向直流断路器，包括主回路、换流支路、吸能支路、在线监测系统、控制系统、出线端L1和出线端L2；

所述主回路、换流支路和吸能支路之间并联，主回路的两端分别连接出线端L1和出线端L2；所述主回路包括一个或多个机械开关串联，一个机械开关两端或多个串联的机械开关两端与出线端L1和出线端L2直接相连；所述吸能支路包括避雷器，所述避雷器的两端直接连接出线端L1和出线端L2；

所述换流支路包括换流开关模块、振荡电感L和振荡电容C；所述换流开关的一端连接出线端L1，换流开关的另一端连接振荡电容C的一端，振荡电容C的另一端连接振荡电感L的一端，振荡电感L的另一端连接出线端L2；

所述在线监测系统用于测量流经换流开关模块的电流以及电流方向、流经换流支路的电流以及电流方向、流经吸能支路的电流及方向、主回路机械开关两端的电压及开关行程、吸能支路避雷器电压和温度、预充电电容两端电压；

所述控制系统连接在线监测系统，控制系统用于控制主回路机械开关和换流开关模块。

优选的，所述换流开关模块包括预充电电容、电力电子功率器件；所述电力电子功率器件包括全控型电力电子功率器件ES1、全控型电力电子功率器件ES2、全控型电力电子功率器件ES3和全控型电力电子功率器件ES4；

所述全控型电力电子功率器件ES1的正极和全控型电力电子功率器件ES2的正极相连接形成出线端L5，所述全控型电力电子功率器件ES3的负极和全控型电力电子功率器件ES4的负极相连接形成出线端L6；

所述全控型电力电子功率器件ES1的负极和全控型电力电子功率器件ES3的正极相连接形成换流开关出线端的L3，换流开关的出线端L3与出线端L1相连；所述全控型电力电子功率器件ES2的负极和全控型电力电子功率器件ES4的正极相连接形成换流开关的出线端L4，所述换流开关的出线端L4连接振荡电容C的一端；

出线端L5与预充电电容的一端相连，出线端L6与预充电电容的另一端相连；预充电电容充电方向与主回路电流方向相同或相反。

进一步的，所述全控型功率电力电子器件为以下单个器件或多个器件串并联组合，包括GTO、晶闸管、MOSFECT、IGBT、IGCT。

优选的，所述在线检测系统包括用于测量L1出线端引出线电流状态的电流传感器D1、用于测量主回路电流状态的电流传感器D2、用于测量换流支路的电流传感器D3、用于测量吸能支路电流状态的电流传感器D4、用于测量机械开关两端电压状态的电压传感器V1、用于测量避雷器两端电压状态的电压传感器V2、用于测量预充电电容两端电压状态的电压传感器V3、用于测量机械开关的运用状态的位移传感器W1、用于测量避雷器温度状态的温度传感器T1。

优选的，所述在线监测系统包括电压测量模块、电流测量模块、温度测量模块、声音测量模块、X射线测量模块、磁场测量模块，在线监测系统的各测量模块用于监测直流断路器状态，并根据监测的直流断路器状态决定控制系统发送指令信号的时间。

优选的，所述主回路的机械开关为基于爆炸驱动的机械开关、基于电磁斥力的机械开关、基于永磁体斥力的机械开关、基于弹簧操动机构的机械开关或基于电机驱动的机械开关。

优选的，所述吸能支路中的避雷器为以下单个器件或多个器件串并联组合形成，包括金属氧化物避雷器、气体绝缘金属氧化物避雷器、瓷壳绝缘金属氧化物避雷器、无间隙金属氧化物避雷器。

一种双向直流断路器的开断方法，包括以下过程，

在系统正常通流状态下，主回路机械开关保持合闸状态，系统电流从主回路机械开关流过，换流支路中换流开关模块处于断开状态，换流支路和吸能支路没有电流流过；

当系统收到分闸指令或系统发生短路故障时，控制系统向主回路机械开关发出分闸动作指令，主回路机械开关电极触头开始分离，电极触头间开始燃弧，控制系统触发换流开关模块，执行换流，直至换流支路中的振荡电流幅值叠加在主回路机械开关的故障电流电弧上可以产生电流过零点，电弧熄灭，系统电流由主回路转移到换流支路并对振荡电容C充电，振荡电容C电压升高，直至振荡电容C两端电压超过与之并联的吸能支路避雷器的动作电压，吸能支路避雷器由高阻抗状态转换为低阻抗状态，系统电流转移到吸能支路，系统电流转化为吸能支路避雷器中的热能，直至系统中残余能量被避雷器吸收，避雷器MOSA中电流下降到0，实现系统额定电流和短路电流开断。

优选的，所述换流包括换流步骤1和换流步骤2，换流步骤1为：换流开关模块中的ES1和ES4导通，ES2和ES3关闭，ES1和ES4导通后预充电电容通过振荡电容和振荡电感放电，产生正弦振荡电流，根据在线监测系统的信号，当正弦振荡电流完成一个正弦半波的振荡且振荡电流到达过零点时，控制系统发出控制信号，执行换流步骤2，所述换流步骤2为：ES1和ES4关闭，ES2和ES3导通，此时的预充电电容极性与放电电流方向一致，预充电电容继续通过振荡电容和振荡电感放电，产生的正弦振荡电流幅值高于第一个正弦半波，根据在线监测系统的信号，当第二个正弦半波电流到达过零点时，控制系统发出控制信号，执行换流步骤1，随后换流步骤2与换流步骤1交替执行。

进一步的，具体包括以下步骤，

步骤1，系统电流从出线端L1流入，经过主回路的机械开关后从出线端L2流出；

步骤2，当在线监测系统检测到系统发生故障时，发送触发信号给控制系统，控制系统收到信号后立即发出分闸指令，主回路的机械开关接收到分闸指令在延迟后开始分闸并燃弧；

步骤3，主回路的机械开关分闸时间达到预设的分闸时长或电极触头分闸距离达到预设的电极触头距离，换流开关模块被触发导通，预充电电容通过振荡电容C、振荡电感L放电产生振荡电流，在线监测系统检测振荡电流过零点，控制系统在每一个振荡电流过零点控制换流开关模块交替执行换流步骤1和换流步骤2，振荡电流幅值每半个正弦振荡周期增大一次，直至与主回路机械开关中电流电弧叠加产生过零点，机械开关中的电弧熄灭；

步骤4，机械开关中的电弧熄灭并停止导通；由于机械开关与换流支路并联，系统电流转移到换流支路，并对换流支路的振荡电容C充电，振荡电容C两端电压迅速上升，直至振荡电容C电压达到与之并联的避雷器的动作电压，避雷器动作，开始导通电流，系统电流转移到吸能支路；避雷器MOSA吸收系统中残余能量，随着能量被逐渐吸收，机械开关两端电压逐渐下降，避雷器MOSA电流逐渐下降，直至下降到0，完成电流开断，并使两端系统隔离。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供了一种双向直流断路器，通过设置主回路由机械开关构成，机械开关由快速操动机构驱动，器材动机构储能的能量可保证机械开关在故障电流开断和重合闸过程中连续进行分闸-合闸-分闸-合闸操作，其分闸时间为数毫秒。能够在正常运行时，额定电流由主回路机械开关导通，直流断路器运行中的通态损耗极低，无明显发热，无明显功率损耗。通过设置换流开关模块，本发明的双向直流断路器可在短时间内，实现分闸-合闸-分闸，实现重合闸功能，为多端柔性直流系统的稳定性提供了可靠的保障。本发明能在多端柔性直流系统中实现双向导通电流，同时在任意两个方向产生故障电流时，可以切断电路，隔离故障，保护柔性直流系统。

附图说明

图1为本发明一种具有重合闸功能的微损耗双向直流断路器的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种具有重合闸功能的微损耗双向直流断路器的传感器安装位置示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1所示，本发明的一方面的实施例公开了一种具有重合闸功能的微损耗双向直流断路器。所述直流断路器包括：主回路、换流支路和吸能支路、在线监测系统、控制系统、出线端L1和出线端L2，主回路、换流支路、吸能支路并联且经由出线端L1和出线端L2引出。

所述主回路由一个或多个机械开关串联构成，一个机械开关两端或多个串联机械开关两端和出线端L1和出线端L2直接相连；所述机械开关在收到控制信号后可实现快速分断和关合动作，多个机械开关同时动作时同步时间误差应小于50微秒，机械开关可以在分断后可以提供足够的绝缘强度。

所述换流支路由预充电电容、串并联的电力电子功率器件、振荡电感L、振荡电容C所组成，振荡支路包含振荡电感和振荡电容，振荡电感L的一端连接出线端L2，振荡电感的另一端与振荡电容C一端相互串联，振荡电容C另一端与换流开关模块的出线端L4相连；

所述换流开关模块由预充电电容、电力电子功率器件组成，全控型电力电子功率器件ES1和全控型电力电子功率器件ES2正极相连，全控型电力电子功率器件ES3和全控型电力电子功率器件ES4负极极相连，换流开关出线端L3与出线端L1相连；

所述支路1中全控型电力电子功率器件ES1和全控型电力电子功率器件ES2正极相连接的一端L5与预充电电容的一端相连，所述支路2中全控型电力电子功率器件ES3和全控型电力电子功率器件ES4负极相连接的一端L6与预充电电容的另一端相连；预充电电容充电方向与主回路电流方向相同或相反；

所述吸能支路由金属氧化物避雷器MOSA构成，其中金属氧化物避雷器两端直接连接出线端L1和出线端L2，吸能支路与主回路和换流支路两端并联；图1中的10和20为电力系统网络，10和20均可做为电力系统输入或电力系统输出。

所述在线检测系统测量流经换流开关的电流以及电流方向、流经换流支路的电流以及电流方向、流经吸能支路的电流及方向、所述机械开关两端的电压及开关行程、吸能支路避雷器电压和温度、预充电电容两端电压、所述在线监测系统包括用于测量L1出线端引出线电流状态的D1、用于测量主回路电流状态的电流传感器D2、用于测量换流支路的电流传感器D3、用于测量吸能支路电流状态的电流传感器D4、用于测量机械开关两端电压状态的电压传感器V1、用于测量避雷器两端电压状态的电压传感器V2、用于测量预充电电容两端电压状态的电压传感器V3、用于测量机械开关的运用状态的位移传感器W1、用于测量避雷器温度状态的温度传感器T1，以及相应的信号调理电路、A/D转换模块和通信模块；

控制系统，其连接所述在线监测系统，当系统电流方向从L1到L2时，控制系统通过测量所述主回路的电流幅值、过零点、电流变化率以及换流支路的电流幅值、过零点、电流变化率控制机械开关和换流支路的全控型电力电子功率器件，以实现不同幅值的故障电流快速换流、机械开关可靠开断；当系统电流方向从出线端L2流向出线端L1时，控制系统通过测量所述主回路的电流幅值、过零点、电流变化率以及换流支路的电流幅值、过零点、电流变化率控制机械开关和换流支路的全控型电力电子功率器件，以实现不同幅值的故障电流快速换流、机械开关可靠开断。

在系统正常通流状态下，主回路机械开关保持合闸状态，系统电流从所述主回路机械开关流过，预充电电容CH上有一定的预充电压，此时换流支路中换流开关模块的全控型电力电子功率器件均未被触发处于断开状态，换流支路和吸能支路没有电流流过。

当系统收到分闸指令或发生短路故障时，控制系统向机械开关发出分闸动作指令，在一定的延迟时间后机械开关电极触头开始分离，电极触头间开始燃弧，待电极触头间距达到一定距离后，控制系统立刻触发换流开关模块，执行换流步骤1，所述换流步骤1为：换流开关模块中的ES1和ES4导通，ES2和ES3关闭，ES1和ES4导通后预充电电容通过振荡电容和振荡电感放电，产生正弦振荡电流，根据在线监测系统的信号，当正弦振荡电流完成一个正弦半波的振荡且振荡电流到达过零点时，控制系统发出控制信号，执行换流步骤2，所述换流步骤2为：ES1和ES4关闭，ES2和ES3导通，此时的预充电电容极性与放电电流方向一致，预充电电容继续通过振荡电容和振荡电感放电，产生的正弦振荡电流幅值高于第一个正弦半波，根据在线监测系统的信号，当第二个正弦半波电流到达过零点时，控制系统发出控制信号，执行换流步骤1，随后换流步骤2与换流步骤1交替执行，直至换流支路中的振荡电流幅值叠加在主回路机械开关的故障电流电弧上可以产生电流过零点，电弧熄灭，系统电流由主回路转移到换流支路并对振荡电容C充电，振荡电容C电压迅速升高，直至振荡电容C两端电压超过与之并联的吸能支路避雷器的动作电压，由于避雷器的非线性阻抗特性，吸能支路避雷器由高阻抗状态转换为低阻抗状态，系统电流转移到吸能支路，系统电流转化为吸能支路避雷器中的热能，直至系统中残余能量被避雷器吸收，避雷器MOSA中电流下降到0，从而实现系统额定电流和短路电流快速可靠开断。

所述在线监测系统特征包括电压测量模块、电流测量模块、温度测量模块、声音测量模块、X射线测量模块、磁场测量模块。

所述机械开关为基于爆炸驱动的机械开关、基于电磁斥力的机械开关、基于永磁体斥力的机械开关、基于弹簧操动机构的机械开关、基于电机驱动的机械开关。

所述全控型功率电力电子器件时以下期间的单个器件或是多个器件串并联组合，GTO、晶闸管、MOSFECT、IGBT、IGCT。

所述吸能支路避雷器包括以下单个器件或多个器件串并联组合，金属氧化物避雷器、气体绝缘金属氧化物避雷器、瓷壳绝缘金属氧化物避雷器、无间隙金属氧化物避雷器。

为了实现上述目的，本发明的一方面的实施例公开了一种具有重合闸功能的微损耗双向直流断路器的开断方法，包括上述基一种具有重合闸功能的微损耗双向直流断路器，还包括以下步骤：

在第一步骤中，系统电流从出线端L1流入，经过机械开关后从出线端L2流出；

在第二步骤中，当在线监测系统检测到系统发生故障时，发送触发信号给控制系统，控制系统收到信号后立即发出分闸指令，机械开关接收到分闸指令在一定延迟后开始分闸并燃弧；

在第三步骤中，机械开关分闸时间达到一定时长或电极触头分闸距离达到一定距离，换流开关模块被触发导通，预充电电容通过振荡电容C、振荡电感L放电产生振荡电流，在线监测系统检测振荡电流过零点，控制系统在每一个振荡电流过零点控制换流开关模块交替执行换流步骤1和换流步骤2，振荡电流幅值每半个正弦振荡周期增大一次，直至与主回路机械开关中电流电弧叠加产生过零点，机械开关中的电弧熄灭。

第四步骤中，机械开关中的电弧熄灭并停止导通。由于机械开关与换流支路并联，系统电流转移到换流支路，并对换流支路的振荡电容C充电，振荡电容C两端电压迅速上升，直至振荡电容C电压达到与之并联的避雷器的动作电压，避雷器动作，开始导通电流，系统电流转移到吸能支路。避雷器MOSA吸收系统中残余能量，随着能量被逐渐吸收，机械开关两端电压逐渐下降，避雷器MOSA电流逐渐下降，直至下降到0，完成电流开断，并使两端系统隔离。

根据本发明实施例的直流断路器的开断方法，能够在降低直流断路器开断电流时间、运行损耗和成本的前提下，保证电流在机械开关支路快速可靠开断。

如图2所示，一种基于具有重合闸功能的微损耗双向直流断路器包括：2个出线端L1，L2，1条主回路，1条换流支路，一条吸能支路。

本发明提供一种基于具有重合闸功能的微损耗双向直流断路器的一个具体实施例中，主回路由机械开关构成，机械开关由快速操动机构驱动，器材动机构储能的能量可保证机械开关在故障电流开断和重合闸过程中连续进行分闸-合闸-分闸-合闸操作，其分闸时间为数毫秒。

本发明提供一种基于具有重合闸功能的微损耗双向直流断路器的一个具体实施例中，吸能支路由金属氧化物避雷器MOSA构成，其中金属氧化物避雷器两端直接连接出线端L1和出线端L2，吸能支路与主回路和换流支路两端并联。

本发明提供一种基于具有重合闸功能的微损耗双向直流断路器的一个具体实施例中，换流支路由预充电电容、串并联的电力电子功率器件(ES1，ES2，ES3，ES4)、振荡电感L、振荡电容C所组成，振荡支路包含振荡电感和振荡电容，振荡电感L的一端连接出线端L2，振荡电感的另一端与振荡电容C一端相互串联，振荡电容C另一端与换流开关模块的出线端L4相连，所述电力电子功率器件(ES1，ES2，ES3，ES4)其导通/关断时间为数微秒，例如可采用IGBT与二极管反向并联。

全控型电力电子功率器件ES1和全控型电力电子功率器件ES2正极相连，全控型电力电子功率器件ES3和全控型电力电子功率器件ES4负极极相连，换流开关出线端L3与出线端L1相连；

全控型电力电子功率器件ES1和全控型电力电子功率器件ES2正极相连接的一端L5与预充电电容的一端相连，全控型电力电子功率器件ES3和全控型电力电子功率器件ES4负极相连接的一端L6与预充电电容的另一端相连；预充电电容充电方向与主回路电流方向相同。

本发明的开断方法，导通正常系统电流时，主回路中机械开关处于合闸状态；换流支路中的电力电子功率器件全部处于关断状态；预充电电容有一定的电压，正常系统电流通过各出线端L1、L2经主回路机械开关流入或流出，直流断路器运行在为损耗状态。

当系统收到分闸指令或发生短路故障时，控制系统向机械开关发出分闸动作指令，在一定的延迟时间后机械开关电极触头开始分离，电极触头间开始燃弧，待电极触头间距达到一定距离后，控制系统立刻触发换流开关模块，执行换流步骤1，所述换流步骤1为：换流开关模块中的ES1和ES4导通，ES2和ES3关闭，ES1和ES4导通后预充电电容通过振荡电容和振荡电感放电，产生正弦振荡电流，根据在线监测系统的信号，当正弦振荡电流完成一个正弦半波的振荡且振荡电流到达过零点时，控制系统发出控制信号，执行换流步骤2，所述换流步骤2为：ES1和ES4关闭，ES2和ES3导通，此时的预充电电容极性与放电电流方向一致，预充电电容CH继续通过振荡电容C和振荡电感L放电，产生的正弦振荡电流幅值高于第一个正弦半波，根据在线监测系统的信号，当第二个正弦半波电流到达过零点时，控制系统发出控制信号，执行换流步骤1，随后换流步骤2与换流步骤1交替执行，直至换流支路中的振荡电流幅值叠加在主回路机械开关的故障电流电弧上可以产生电流过零点，电弧熄灭，系统电流由主回路转移到换流支路并对振荡电容C充电，振荡电容C电压迅速升高，直至振荡电容C两端电压超过与之并联的吸能支路避雷器MOSA的动作电压，由于避雷器的非线性阻抗特性，吸能支路避雷器由高阻抗状态转换为低阻抗状态，系统电流转移到吸能支路，系统电流转化为吸能支路避雷器中的热能，直至系统中残余能量被避雷器吸收，避雷器MOSA中电流下降到0，从而实现系统额定电流和短路电流快速可靠开断。

实现重合闸功能，分为两种情况。一种是永久性故障，当直流断路器完成电流开断后，等待一定的时间，直流断路器中换流开关内的电力电子功率器件(ES1，ES2，ES3，ES4)全部关断，然后主回路机械开关合闸，当控制系统再次检测到故障电流后，发送触发信号，直流断路器重复直流开断的过程；对于雷击等短暂故障，故障电流开断后，等待一定的时间直流断路器中换流开关内的电力电子功率器件(ES1，ES2，ES3，ES4)全部关断，然后主回路机械开关合闸系统电流通过各出线端L1、L2经主回路机械开关流入或流出，直流断路器运行在为损耗状态。

本发明能够在正常运行时，额定电流由主回路机械开关导通，直流断路器运行中的通态损耗极低，无明显发热，无明显功率损耗。本发明可在短时间内，实现分闸-合闸-分闸，实现重合闸功能，为多端柔性直流系统的稳定性提供了可靠的保障。本发明能在多端柔性直流系统中实现双向导通电流，同时在任意两个方向产生故障电流时，可以切断电路，隔离故障，保护柔性直流系统。

Claims (10)

1.一种双向直流断路器，其特征在于，包括主回路、换流支路、吸能支路、在线监测系统、控制系统、出线端L1和出线端L2；

所述主回路、换流支路和吸能支路之间并联，主回路的两端分别连接出线端L1和出线端L2；所述主回路包括一个或多个机械开关串联，一个机械开关两端或多个串联的机械开关两端与出线端L1和出线端L2直接相连；所述吸能支路包括避雷器，所述避雷器的两端直接连接出线端L1和出线端L2；

所述换流支路包括换流开关模块、振荡电感L和振荡电容C；所述换流开关的一端连接出线端L1，换流开关的另一端连接振荡电容C的一端，振荡电容C的另一端连接振荡电感L的一端，振荡电感L的另一端连接出线端L2；

所述在线监测系统用于测量流经换流开关模块的电流以及电流方向、流经换流支路的电流以及电流方向、流经吸能支路的电流及方向、主回路机械开关两端的电压及开关行程、吸能支路避雷器电压和温度、预充电电容两端电压；

所述控制系统连接在线监测系统，控制系统用于控制主回路机械开关和换流开关模块。

2.根据权利要求1所述的一种双向直流断路器，其特征在于，所述换流开关模块包括预充电电容、电力电子功率器件；所述电力电子功率器件包括全控型电力电子功率器件ES1、全控型电力电子功率器件ES2、全控型电力电子功率器件ES3和全控型电力电子功率器件ES4；

所述全控型电力电子功率器件ES1的正极和全控型电力电子功率器件ES2的正极相连接形成出线端L5，所述全控型电力电子功率器件ES3的负极和全控型电力电子功率器件ES4的负极相连接形成出线端L6；

所述全控型电力电子功率器件ES1的负极和全控型电力电子功率器件ES3的正极相连接形成换流开关出线端的L3，换流开关的出线端L3与出线端L1相连；所述全控型电力电子功率器件ES2的负极和全控型电力电子功率器件ES4的正极相连接形成换流开关的出线端L4，所述换流开关的出线端L4连接振荡电容C的一端；

出线端L5与预充电电容的一端相连，出线端L6与预充电电容的另一端相连；预充电电容充电方向与主回路电流方向相同或相反。

3.根据权利要求2所述的一种双向直流断路器，其特征在于，所述全控型功率电力电子器件为以下单个器件或多个器件串并联组合，包括GTO、晶闸管、MOSFECT、IGBT、IGCT。

4.根据权利要求1所述的一种双向直流断路器，其特征在于，所述在线检测系统包括用于测量L1出线端引出线电流状态的电流传感器D1、用于测量主回路电流状态的电流传感器D2、用于测量换流支路的电流传感器D3、用于测量吸能支路电流状态的电流传感器D4、用于测量机械开关两端电压状态的电压传感器V1、用于测量避雷器两端电压状态的电压传感器V2、用于测量预充电电容两端电压状态的电压传感器V3、用于测量机械开关的运用状态的位移传感器W1、用于测量避雷器温度状态的温度传感器T1。

5.根据权利要求1所述的一种双向直流断路器，其特征在于，所述在线监测系统包括电压测量模块、电流测量模块、温度测量模块、声音测量模块、X射线测量模块、磁场测量模块，在线监测系统的各测量模块用于监测直流断路器状态，并根据监测的直流断路器状态决定控制系统发送指令信号的时间。

6.根据权利要求1所述的一种双向直流断路器，其特征在于，所述主回路的机械开关为基于爆炸驱动的机械开关、基于电磁斥力的机械开关、基于永磁体斥力的机械开关、基于弹簧操动机构的机械开关或基于电机驱动的机械开关。

7.根据权利要求1所述的一种双向直流断路器，其特征在于，所述吸能支路中的避雷器为以下单个器件或多个器件串并联组合形成，包括金属氧化物避雷器、气体绝缘金属氧化物避雷器、瓷壳绝缘金属氧化物避雷器、无间隙金属氧化物避雷器。

8.一种双向直流断路器的开断方法，其特征在于，包括以下过程，

在系统正常通流状态下，主回路机械开关保持合闸状态，系统电流从主回路机械开关流过，换流支路中换流开关模块处于断开状态，换流支路和吸能支路没有电流流过；

当系统收到分闸指令或系统发生短路故障时，控制系统向主回路机械开关发出分闸动作指令，主回路机械开关电极触头开始分离，电极触头间开始燃弧，控制系统触发换流开关模块，执行换流，直至换流支路中的振荡电流幅值叠加在主回路机械开关的故障电流电弧上可以产生电流过零点，电弧熄灭，系统电流由主回路转移到换流支路并对振荡电容C充电，振荡电容C电压升高，直至振荡电容C两端电压超过与之并联的吸能支路避雷器的动作电压，吸能支路避雷器由高阻抗状态转换为低阻抗状态，系统电流转移到吸能支路，系统电流转化为吸能支路避雷器中的热能，直至系统中残余能量被避雷器吸收，避雷器MOSA中电流下降到0，实现系统额定电流和短路电流开断。

9.根据权利要求8所述的一种双向直流断路器的开断方法，其特征在于，所述换流包括换流步骤1和换流步骤2，换流步骤1为：换流开关模块中的ES1和ES4导通，ES2和ES3关闭，ES1和ES4导通后预充电电容通过振荡电容和振荡电感放电，产生正弦振荡电流，根据在线监测系统的信号，当正弦振荡电流完成一个正弦半波的振荡且振荡电流到达过零点时，控制系统发出控制信号，执行换流步骤2，所述换流步骤2为：ES1和ES4关闭，ES2和ES3导通，此时的预充电电容极性与放电电流方向一致，预充电电容继续通过振荡电容和振荡电感放电，产生的正弦振荡电流幅值高于第一个正弦半波，根据在线监测系统的信号，当第二个正弦半波电流到达过零点时，控制系统发出控制信号，执行换流步骤1，随后换流步骤2与换流步骤1交替执行。

10.根据权利要求9所述的一种双向直流断路器的开断方法，其特征在于，具体包括以下步骤，

步骤1，系统电流从出线端L1流入，经过主回路的机械开关后从出线端L2流出；

步骤2，当在线监测系统检测到系统发生故障时，发送触发信号给控制系统，控制系统收到信号后立即发出分闸指令，主回路的机械开关接收到分闸指令在延迟后开始分闸并燃弧；

步骤3，主回路的机械开关分闸时间达到预设的分闸时长或电极触头分闸距离达到预设的电极触头距离，换流开关模块被触发导通，预充电电容通过振荡电容C、振荡电感L放电产生振荡电流，在线监测系统检测振荡电流过零点，控制系统在每一个振荡电流过零点控制换流开关模块交替执行换流步骤1和换流步骤2，振荡电流幅值每半个正弦振荡周期增大一次，直至与主回路机械开关中电流电弧叠加产生过零点，机械开关中的电弧熄灭；

步骤4，机械开关中的电弧熄灭并停止导通；由于机械开关与换流支路并联，系统电流转移到换流支路，并对换流支路的振荡电容C充电，振荡电容C两端电压迅速上升，直至振荡电容C电压达到与之并联的避雷器的动作电压，避雷器动作，开始导通电流，系统电流转移到吸能支路；避雷器MOSA吸收系统中残余能量，随着能量被逐渐吸收，机械开关两端电压逐渐下降，避雷器MOSA电流逐渐下降，直至下降到0，完成电流开断，并使两端系统隔离。

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