CN115036891A - 多端口混合式直流断路器及其控制方法 - Google Patents

多端口混合式直流断路器及其控制方法 Download PDF

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CN115036891A CN202110234171.0A CN202110234171A CN115036891A CN 115036891 A CN115036891 A CN 115036891A CN 202110234171 A CN202110234171 A CN 202110234171A CN 115036891 A CN115036891 A CN 115036891A
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曹冬明
方太勋
谢晔源
杨兵
吕玮
王文杰
许元震
陈羽
孙超
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Abstract

本申请提供多端口混合式直流断路器及其控制方法。所述多端口混合式直流断路器包括至少两条通流支路、至少两条换向支路和分断支路，通流支路包括串联连接的第一快速机械开关和单向换流开关，通流支路的一端相互连接并构成直流母线；换向支路包括同向串联连接的二极管上桥臂和二极管下桥臂，每条通流支路的另一端一一对应连接于每条换向支路的中间点，并构成一个端口；分断支路包括并联连接的单向分断开关和非线性电阻，分断支路和换向支路相互并联连接并构成第一公共母线和第二公共母线。

Description

多端口混合式直流断路器及其控制方法
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，具体涉及多端口混合式直流断路器及其控制方法。
背景技术
随着未来直流电网网架结构的复杂化，系统中需要加装的直流断路器数目将大幅增加。由于直流断路器投资成本过高已成为目前限制直流电网发展的瓶颈问题。考虑到由大量电力电子器件串并联构成的分断开关是直流断路器的主要成本，近年来提出了多端口直流断路器的设计思路，即同一直流母线上所有进出线共用昂贵的分断开关。因此，采用多端口直流断路器可保证各进出线故障电流分断能力的同时，大幅减少了直流电网中直流断路器的数量和投资成本。
专利CN110048377A和论文“Zhang S,Zou G,Wei X,etal.Diode-bridge multi-port hybrid DC circuit breaker for multi-terminal DC grids[J].IEEETransactions on Industrial Electronics,2021,68(1):270-281.”提出了一种适用于直流配电网的新型多端口直流断路器及其控制方法，能够实现正常线路分合闸、隔离故障线路或母线，并且具有快速机械开关失灵保护能力。但是该多端口直流断路器的电流流经路线上半导体数量相对较多，通流损耗较高。此外，母线故障保护仅考虑了直流母线故障而未考虑多端口直流断路器内部的两条公共母线故障。
发明内容
本申请实施例提供一种多端口混合式直流断路器，包括至少两条通流支路、至少两条换向支路和分断支路，所述通流支路包括串联连接的第一快速机械开关和单向换流开关，所述通流支路的一端相互连接并构成直流母线，每条所述通流支路的所述单向换流开关的分断电流方向相同；所述换向支路包括同向串联连接的二极管上桥臂和二极管下桥臂，每条所述通流支路的另一端一一对应连接于每条所述换向支路的中间点，并构成一个端口；所述分断支路包括并联连接的单向分断开关和非线性电阻，所述分断支路和所述换向支路相互并联连接并构成第一公共母线和第二公共母线，所述分断支路的所述单向分断开关的分断电流方向为所述第一公共母线指向所述第二公共母线，所述换向支路的所述二极管上桥臂阴极连接于所述第一公共母线，所述换向支路的所述二极管下桥臂阳极连接于所述第二公共母线。
根据一些实施例，所述多端口混合式直流断路器还包括一条母线故障保护支路，所述母线故障保护支路包括第二快速机械开关，其中，当所述多端口混合式直流断路器安装于直流系统正极时，所述母线故障保护支路的一端连接于直流母线，另一端连接于第一公共母线；当所述多端口混合式直流断路器安装于直流系统负极时，所述母线故障保护支路的一端连接于直流母线，另一端连接于第二公共母线。
根据一些实施例，所述多端口混合式直流断路器还包括一条母线故障保护支路，所述母线故障保护支路包括串联连接的第二快速机械开关和单向开通开关，所述母线故障保护支路两端分别连接于所述第一公共母线和所述第二公共母线，所述母线故障保护支路的中间点连接于所述直流母线；当所述多端口混合式直流断路器安装于直流系统正极时，所述第二快速机械开关连接于所述第一公共母线，所述单向导通开关连接于所述第二公共母线，所述单向导通开关的导通方向为所述第二公共母线指向所述直流母线，所述通流支路的所述单向换流开关的分断电流方向指向所述直流母线；当所述多端口混合式直流断路器安装于直流系统负极时，所述第二快速机械开关连接于所述第二公共母线，所述单向导通开关连接于所述第一公共母线，所述单向导通开关的导通方向为所述直流母线指向所述第一公共母线，所述通流支路的所述单向换流开关的分断电流方向指向所述端口。
根据一些实施例，所述多端口混合式直流断路器还包括一条辅助耗能支路，所述辅助耗能支路包括串联连接的二极管和线性电阻；当所述多端口混合式直流断路器安装于直流系统正极时，所述辅助耗能支路的一端连接于所述第二公共母线，所述辅助耗能支路的另一端连接于大地或金属回线，所述二极管的阴极指向所述第二公共母线；当所述多端口混合式直流断路器安装于直流系统负极时，所述辅助耗能支路的一端连接于所述第一公共母线，所述辅助耗能支路的另一端连接于大地或金属回线，所述二极管的阳极指向所述第一公共母线。
根据一些实施例，所述第一快速机械开关或第二快速机械开关包括串联连接的至少一个机械开关断口，所述二极管包括串联连接的至少一个二极管，所述单向换流开关包括串联连接的至少一个第一开关半导体器件，所述单向分断开关包括串联连接的至少一个第一开关半导体器件，所述单向导通开关包括串联连接的至少一个二极管和串联连接的至少一个第二开关半导体器件，所述二极管和所述第二开关半导体器件相互串联；所述第一开关半导体器件包括IGBT、IEGT、IGCT、MOSFET的至少一种；所述第二开关半导体器件包括SCR、IGBT、IEGT、IGCT、MOSFET的至少一种。
本申请实施例还提供如上所述多端口混合式直流断路器的控制方法，包括基于所述多端口混合式直流断路器的工作模式进行控制通流支路、换向支路和分断支路的通断，所述工作模式包括正常运行模式、分闸模式和合闸模式。
根据一些实施例，所述多端口混合式直流断路器处于正常运行模式下，每条通流支路处于导通状态，分断支路处于关断状态，所述多端口混合式直流断路器包括母线故障保护支路时，母线故障保护支路处于关断状态。
根据一些实施例，所述多端口混合式直流断路器处于分闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的任一所述端口需要切除时，包括：控制分断支路的单向分断开关导通、所有通流支路的单向换流开关关断，电流开始通过换向支路转移至分断支路的单向分断开关；当所有通流支路的电流接近于零时，控制需要切除的所述端口所处的通流支路的快速机械开关分闸；当需要切除的所述端口所处的通流支路的快速机械开关分开至绝缘电压位置时，控制分断支路的单向分断开关关断、所有通流支路的单向换流开关导通，需要切除的所述端口的电流转移至分断支路的非线性电阻以及辅助耗能支路的线性电阻中并逐渐下降至零、除需要切除的所述端口之外的其他端口的电流恢复至各自的通流支路中，分闸成功并结束分闸操作。
根据一些实施例，所述多端口混合式直流断路器处于合闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的任一端口需要接入时，包括：控制分断支路的单向分断开关导通；若所述多端口混合式直流断路器未合于故障，则控制需要接入的所述端口所处的通流支路的快速机械开关闭合；若所述多端口混合式直流断路器合于故障，则控制分断支路的单向分断开关关断，合闸失败并结束合闸操作；当需要接入的所述端口所处的通流支路的快速机械开关处于合位后，控制分断支路的单向分断开关关断，合闸成功并结束合闸操作。
根据一些实施例，所述多端口混合式直流断路器包括母线故障保护支路时，所述工作模式还包括母线故障保护模式，所述多端口混合式直流断路器处于母线故障保护模式下，基于故障类型进行控制；其中，所述故障类型为直流母线接地故障时，控制分断支路的单向分断开关导通、母线故障保护支路的单向导通开关导通、所有通流支路的单向换流开关关断，电流开始通过换向支路转移至分断支路的单向分断开关；当所有通流支路的电流接近于零时，控制所有通流支路的快速机械开关分闸；当所有通流支路的快速机械开关分开至绝缘电压位置时，控制分断支路的单向分断开关关断、所有通流支路的单向换流开关导通，电流转移至分断支路的非线性电阻并下降至零，分闸成功并结束分闸操作；所述故障类型为多端口混合式直流断路器安装于直流系统正极且第一公共母线接地故障时，所述多端口混合式直流断路器无法完成母线隔离操作，将启动失灵后备保护并控制母线故障保护支路的快速机械开关闭合；所述故障类型为多端口混合式直流断路器安装于直流系统负极且第二公共母线接地故障时，所述多端口混合式直流断路器无法完成母线隔离操作，将启动失灵后备保护并控制母线故障保护支路的快速机械开关闭合；所述故障类型为多端口混合式直流断路器安装于直流系统正极且第二公共母线接地故障时，所述多端口混合式直流断路器正常运行模式下母线差动保护不会动作，若此时进行分闸操作则母线差动保护会动作，所述多端口混合式直流断路器中止分闸操作并启动后备失灵保护；所述故障类型为多端口混合式直流断路器安装于直流系统负极且第一公共母线接地故障时，所述多端口混合式直流断路器正常运行模式下母线差动保护不会动作，若此时进行分闸操作则母线差动保护会动作，所述多端口混合式直流断路器中止分闸操作并启动后备失灵保护。
本申请实施例提供的技术方案，通过共用价格昂贵的分断开关能够实现多条输电线路的故障保护，输电线路越多、经济性更好；相比现有两端口或多端口混合式直流断路器，电流流经路径半导体数量减半，通流损耗更低、经济性更好；具有母线故障保护能力，提高了直流断路器的可靠性；具有辅助耗能能力，通过高可靠性的线性电阻进行辅助耗能，从而降低了对非线性电阻能量的需求，提高了直流断路器的可靠性；保持混合式直流断路器额定电流快速开断、故障电流快速开断和快速重合闸。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例的一种多端口混合式直流断路器第一实施例拓扑图。
图2是本申请实施例的一种安装于直流系统正极时的多端口混合式直流断路器第二实施例拓扑图。
图3是本申请实施例的一种安装于直流系统负极时的多端口混合式直流断路器第二实施例拓扑图。
图4是本申请实施例的一种安装于直流系统正极时的多端口混合式直流断路器第三实施例拓扑图。
图5是本申请实施例的一种安装于直流系统负极时的多端口混合式直流断路器第三实施例拓扑图。
图6是本申请实施例的一种安装于直流系统正极时的多端口混合式直流断路器第四实施例拓扑图。
图7是本申请实施例的一种安装于直流系统负极时的多端口混合式直流断路器第四实施例拓扑图。
图8是本申请实施例的一种安装于直流系统正极时的多端口混合式直流断路器第五实施例拓扑图。
图9是本申请实施例的一种安装于直流系统负极时的多端口混合式直流断路器第五实施例拓扑图。
图10是本申请实施例的一种安装于直流系统正极时的多端口混合式直流断路器第六实施例拓扑图。
图11是本申请实施例的一种安装于直流系统负极时的多端口混合式直流断路器第六实施例拓扑图。
图12是本申请实施例的一种多端口混合式直流断路器的分断开关示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。
应当理解，本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
图1是本申请实施例的一种多端口混合式直流断路器第一实施例拓扑图。
如图1所示，多端口混合式直流断路器包括n条通流支路(101，…，10k,…，10n)、n条换向支路(201，…，20k,…，20n)和1条分断支路(300)，其中n为端口数、k表示第k条支路。
每条通流支路(10k)包括串联连接的第一快速机械开关(11k)和单向换流开关(12k)。每条换向支路(20k)包括同向串联连接的二极管上桥臂(21k)和二极管下桥臂(22k)。通流支路(10k)与换向支路(20k)一一对应。所有通流支路(101-10n)的一端相互连接并构成直流母线，每条通流支路(10k)的另一端连接于换向支路(20k)的中间点并构成一个端口(Pk)，该端口连接需要保护的设备或线路。分断支路(300)包括并联连接的单向分断开关(310)和非线性电阻(320)。
分断支路(300)和所有换向支路(201-20n)相互并联连接并构成第一公共母线和第二公共母线。分断支路(300)的单向分断开关(310)的分断电流方向为第一公共母线指向第二公共母线,即能够开断从第一公共母线流向第二公共母线的电流。换向支路(201-20n)的二极管上桥臂(211-21n)阴极连接于第一公共母线，换向支路(201-20n)的二极管下桥臂(221-22n)阳极连接于第二公共母线。每条通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)的分断电流方向相同，即全部指向直流母线或全部指向端口。
本实施例的多端口混合式直流断路器可在不考虑直流母线故障的场合下应用，多端口混合式直流断路器工作模式包括：正常运行模式、分闸模式、合闸模式。
多端口混合式直流断路器在正常运行模式下，每条通流支路(101-10n)的快速机械开关(111-11n)和单向换流开关(121-12n)均处于导通状态，分断支路(300)的单向分断开关(310)处于关断状态。
多端口混合式直流断路器在分闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要切除时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通、所有通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)关断，电流开始通过换向支路(201-20n)转移至分断支路(300)的单向分断开关(310)。
第二步：当所有通流支路(101-10n)的电流接近于零时，控制第Pk端口通流支路(10k)的快速机械开关(11k)分闸。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的快速机械开关(11k)分开至绝缘电压位置时，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断、所有通流支路的单向换流开关(121-12n)导通，第Pk端口的电流转移至分断支路(300)的非线性电阻(320)中并逐渐下降至零、非第Pk端口的电流恢复至各自的通流支路中，分闸成功并结束分闸操作。
多端口混合式直流断路器在合闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要接入时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通。
第二步：若多端口混合式直流断路器未合于故障，则控制第Pk端口通流支路(10k)的快速机械开关(11k)闭合；若多端口混合式直流断路器合于故障，则控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸失败并结束合闸操作。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的快速机械开关(11k)处于合位后，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸成功并结束合闸操作。
图2是本申请实施例的一种安装于直流系统正极时的多端口混合式直流断路器第二实施例拓扑图，相比于图1所示的多端口混合式直流断路器，本实施例增加了一条母线故障保护支路(400)。
母线故障保护支路(400)包括第二快速机械开关(410)，第二快速机械开关(410)一端连接于直流母线，另一端连接于第一公共母线。
本实施例多端口混合式直流断路器的工作模式包括正常运行模式、分闸模式、合闸模式和母线故障保护模式。
多端口混合式直流断路器在正常运行模式下，每条通流支路(101-10n)的快速机械开关(111-11n)和单向换流开关(121-12n)均处于导通状态，分断支路(300)的单向分断开关(310)处于关断状态，母线故障保护支路(400)的第二快速机械开关(410)均处于关断状态。
多端口混合式直流断路器在分闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要切除时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通、所有通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)关断，电流开始通过换向支路(201-20n)转移至分断支路(300)的单向分断开关(310)。
第二步：当所有通流支路(101-10n)的电流接近于零时，控制第Pk端口通流支路(10k)的快速机械开关(11k)分闸。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的快速机械开关(11k)分开至绝缘电压位置时，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断、所有通流支路的单向换流开关(121-12n)导通，第Pk端口的电流转移至分断支路(300)的非线性电阻(320)中并逐渐下降至零、非第Pk端口的电流恢复至各自的通流支路中，分闸成功并结束分闸操作。
多端口混合式直流断路器在合闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要接入时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通；
第二步：若多端口混合式直流断路器未合于故障，则控制第Pk端口通流支路(10k)的快速机械开关(11k)闭合；若多端口混合式直流断路器合于故障，则控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸失败并结束合闸操作。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的快速机械开关(11k)处于合位后，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸成功并结束合闸操作。
多端口混合式直流断路器在母线故障保护模式下，当直流母线或第一公共母线或第二公共母线发生接地故障时，直流断路器无法完成母线隔离操作，将启动失灵后备保护并控制母线故障保护支路(400)的第二快速机械开关(410)闭合。
图3是本申请实施例的一种安装于直流系统负极时的多端口混合式直流断路器第二实施例拓扑图，相比于图1所示实施例，本实施例增加了一条母线故障保护支路(400)。
母线故障保护支路(400)包括第二快速机械开关(410)，第二快速机械开关(410)一端连接于直流母线，另一端连接于第二公共母线。
本实施例多端口混合式直流断路器工作模式包括：正常运行模式、分闸模式、合闸模式和母线故障保护模式。
多端口混合式直流断路器在正常运行模式下，每条通流支路(101-10n)的第一快速机械开关(111-11n)和单向换流开关(121-12n)均处于导通状态，分断支路(300)的单向分断开关(310)处于关断状态，母线故障保护支路(400)的第二快速机械开关(410)均处于关断状态。
多端口混合式直流断路器在分闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要切除时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通、所有通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)关断，电流开始通过换向支路(201-20n)转移至分断支路(300)的单向分断开关(310)。
第二步：当所有通流支路(101-10n)的电流接近于零时，控制第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)分闸。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)分开至绝缘电压位置时，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断、所有通流支路的单向换流开关(121-12n)导通，第Pk端口的电流转移至分断支路(300)的非线性电阻(320)中并逐渐下降至零、非第Pk端口的电流恢复至各自的通流支路中，分闸成功并结束分闸操作。
多端口混合式直流断路器在合闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要接入时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通。
第二步：若多端口混合式直流断路器未合于故障，则控制第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)闭合；若多端口混合式直流断路器合于故障，则控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸失败并结束合闸操作。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)处于合位后，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸成功并结束合闸操作。
多端口混合式直流断路器在母线故障保护模式下，当直流母线或第一公共母线或第二公共母线发生接地故障时，直流断路器无法完成母线隔离操作，将启动失灵后备保护并控制母线故障保护支路(400)的第二快速机械开关(410)闭合。
图4是本申请实施例的一种安装于直流系统正极时的多端口混合式直流断路器第三实施例拓扑图，相比于图1实施例，本实施例增加了一条母线故障保护支路(400)。
母线故障保护支路(400)包括串联连接的第二快速机械开关(410)和单向开通开关(420)，第二快速机械开关(410)连接于第一公共母线，单向导通开关(420)连接于第二公共母线，母线故障保护支路(400)的中间点连接于直流母线，单向导通开关(420)的导通方向为第二公共母线指向直流母线。此外，通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)的分断电流方向指向直流母线。
本实施例多端口混合式直流断路器的工作模式包括正常运行模式、分闸模式、合闸模式和母线故障保护模式。
多端口混合式直流断路器在正常运行模式下，每条通流支路(101-10n)的第一快速机械开关(111-11n)和单向换流开关(121-12n)均处于导通状态，分断支路(300)的单向分断开关(310)处于关断状态，母线故障保护支路(400)的第二快速机械开关(410)和单向开通开关(420)均处于关断状态。
多端口混合式直流断路器在分闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要切除时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通、所有通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)关断，电流开始通过换向支路(201-20n)转移至分断支路(300)的单向分断开关(310)。
第二步：当所有通流支路(101-10n)的电流接近于零时，控制第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)分闸。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)分开至绝缘电压位置时，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断、所有通流支路的单向换流开关(121-12n)导通，第Pk端口的电流转移至分断支路(300)的非线性电阻(320)中并逐渐下降至零、非第Pk端口的电流恢复至各自的通流支路中，分闸成功并结束分闸操作。
多端口混合式直流断路器在合闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要接入时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通；
第二步：若多端口混合式直流断路器未合于故障，则控制第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)闭合；若多端口混合式直流断路器合于故障，则控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸失败并结束合闸操作。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的快速机械开关(11k)处于合位后，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸成功并结束合闸操作。
多端口混合式直流断路器在母线故障保护模式下，当直流母线接地故障时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通、母线故障保护支路(400)的单向导通开关(420)导通、所有通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)关断，电流开始通过换向支路(201-20n)转移至分断支路(300)的单向分断开关(310)。
第二步：当所有通流支路(101-10n)的电流接近于零时，控制所有通流支路(101-10n)的第一快速机械开关(111-11n)分闸。
第三步：当所有通流支路(101-10n)的第一快速机械开关(111-11n)分开至绝缘电压位置时，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断、所有通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)导通，电流转移至分断支路(300)的非线性电阻(320)并下降至零，分闸成功并结束分闸操作。
多端口混合式直流断路器在母线故障保护模式下，当第一公共母线接地故障时，多端口混合式直流断路器无法完成母线隔离操作，将启动失灵后备保护并控制母线故障保护支路(400)的第二快速机械开关(410)闭合。
多端口混合式直流断路器在母线故障保护模式下，当第二公共母线接地故障时，多端口混合式直流断路器正常运行模式下母线差动保护不会动作，若此时进行分闸操作则母线差动保护会动作，直流断路器中止分闸操作并启动后备失灵保护。
图5是本申请实施例的一种安装于直流系统负极时的多端口混合式直流断路器第三实施例拓扑图，相比于图1所示本发明多端口混合式直流断路器第一实施例，本实施例增加了一条母线故障保护支路(400)。
母线故障保护支路(400)包括串联连接的第二快速机械开关(410)和单向开通开关(420)。第二快速机械开关(410)连接于第二公共母线，单向导通开关(420)连接于第一公共母线，母线故障保护支路(400)的中间点连接于直流母线，单向导通开关(420)的导通方向为直流母线指向第一公共母线。此外，通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)的分断电流方向指向端口。
本实施例多端口混合式直流断路器的工作模式包括正常运行模式、分闸模式、合闸模式和母线故障保护模式。
多端口混合式直流断路器在正常运行模式下，每条通流支路(101-10n)的第一快速机械开关(111-11n)和单向换流开关(121-12n)均处于导通状态，分断支路(300)的单向分断开关(310)处于关断状态，母线故障保护支路(400)的第二快速机械开关(410)和单向开通开关(420)均处于关断状态。
多端口混合式直流断路器在分闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要切除时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通、所有通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)关断，电流开始通过换向支路(201-20n)转移至分断支路(300)的单向分断开关(310)。
第二步：当所有通流支路(101-10n)的电流接近于零时，控制第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)分闸；
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)分开至绝缘电压位置时，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断、所有通流支路的单向换流开关(121-12n)导通，第Pk端口的电流转移至分断支路(300)的非线性电阻(320)中并逐渐下降至零、非第Pk端口的电流恢复至各自的通流支路中，分闸成功并结束分闸操作。
多端口混合式直流断路器在合闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要接入时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通；
第二步：若未合于故障，则控制第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)闭合；若合于故障，则控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸失败并结束合闸操作。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)处于合位后，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸成功并结束合闸操作。
多端口混合式直流断路器在母线故障保护模式下，当直流母线接地故障时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通、母线故障保护支路(400)的单向导通开关(420)导通、所有通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)关断，电流开始通过换向支路(201-20n)转移至分断支路(300)的单向分断开关(310)。
第二步：当所有通流支路(101-10n)的电流接近于零时，控制所有通流支路(101-10n)的第一快速机械开关(111-11n)分闸。
第三步：当所有通流支路(101-10n)的第一快速机械开关(111-11n)分开至绝缘电压位置时，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断、所有通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)导通，电流转移至分断支路(300)的非线性电阻(320)并下降至零，分闸成功并结束分闸操作。
多端口混合式直流断路器在母线故障保护模式下，当第一公共母线接地故障时，多端口混合式直流断路器正常运行模式下母线差动保护不会动作，若此时进行分闸操作则母线差动保护会动作，直流断路器中止分闸操作并启动后备失灵保护。
多端口混合式直流断路器在母线故障保护模式下，当第二公共母线接地故障时，多端口混合式直流断路器无法完成母线隔离操作，将启动失灵后备保护并控制母线故障保护支路(400)的第二快速机械开关(410)闭合。
图6是本申请实施例的一种安装于直流系统正极时的多端口混合式直流断路器第四实施例拓扑图，相比于图1所示实施例，本实施例增加了一条辅助耗能支路(500)。
辅助耗能支路(500)包括串联连接的二极管(510)和线性电阻(520)。辅助耗能支路(500)的一端连接于第二公共母线，另一端连接于大地或金属回线，二极管(510)的阴极指向第二公共母线。该拓扑方案可在不考虑直流母线故障的场合下应用，本实施例多端口混合式直流断路器工作模式包括正常运行模式、分闸模式、合闸模式。
多端口混合式直流断路器在正常运行模式下，每条通流支路(101-10n)的第一快速机械开关(111-11n)和单向换流开关(121-12n)均处于导通状态，分断支路(300)的单向分断开关(310)处于关断状态。
多端口混合式直流断路器在分闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要切除时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通、所有通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)关断，电流开始通过换向支路(201-20n)转移至分断支路(300)的单向分断开关(310)。
第二步：当所有通流支路(101-10n)的电流接近于零时，控制第Pk端口通流支路(10k)的快速机械开关(11k)分闸。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)分开至绝缘电压位置时，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断、所有通流支路的单向换流开关(121-12n)导通，第Pk端口的电流转移至分断支路(300)的非线性电阻(320)和辅助耗能支路(500)的线性电阻(520)中并逐渐下降至零、非第Pk端口的电流恢复至各自的通流支路中，分闸成功并结束分闸操作。
多端口混合式直流断路器在合闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要接入时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通。
第二步：若多端口混合式直流断路器未合于故障，则控制第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)闭合；若多端口混合式直流断路器合于故障，则控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸失败并结束合闸操作。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)处于合位后，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸成功并结束合闸操作。
图7是本申请实施例的一种安装于直流系统负极时的多端口混合式直流断路器第四实施例拓扑图，相比于图1实施例，本实施例增加了一条辅助耗能支路(500),辅助耗能支路(500)包括串联连接的二极管(510)和线性电阻(520)。
辅助耗能支路(500)的一端连接于第一公共母线，另一端连接于大地或金属回线，二极管(510)的阳极指向第一公共母线。本实施例多端口混合式直流断路器可在不考虑直流母线故障的场合下应用，多端口混合式直流断路器工作模式包括正常运行模式、分闸模式、合闸模式。
多端口混合式直流断路器在正常运行模式下，每条通流支路(101-10n)的第一快速机械开关(111-11n)和单向换流开关(121-12n)均处于导通状态，分断支路(300)的单向分断开关(310)处于关断状态。
多端口混合式直流断路器在分闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要切除时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通、所有通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)关断，电流开始通过换向支路(201-20n)转移至分断支路(300)的单向分断开关(310)。
第二步：当所有通流支路(101-10n)的电流接近于零时，控制第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)分闸。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)分开至绝缘电压位置时，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断、所有通流支路的单向换流开关(121-12n)导通，第Pk端口的电流转移至分断支路(300)的非线性电阻(320)和辅助耗能支路(500)的线性电阻(520)中并逐渐下降至零、非第Pk端口的电流恢复至各自的通流支路中，分闸成功并结束分闸操作。
多端口混合式直流断路器在合闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要接入时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通。
第二步：若多端口混合式直流断路器未合于故障，则控制第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)闭合；若多端口混合式直流断路器合于故障，则控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸失败并结束合闸操作。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)处于合位后，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸成功并结束合闸操作。
图8是本申请实施例的一种安装于直流系统正极时的多端口混合式直流断路器第五实施例拓扑图，相比于图1实施例，本实施例增加了一条母线故障保护支路(400)和一条辅助耗能支路(500)。
母线故障保护支路(400)包括第二快速机械开关(410)，第二快速机械开关(410)一端连接于直流母线，另一端连接于第一公共母线。辅助耗能支路(500)包括串联连接的二极管(510)和线性电阻(520)，辅助耗能支路(500)的一端连接于第二公共母线，另一端连接于大地或金属回线，二极管(510)的阴极指向第二公共母线。本实施例多端口混合式直流断路器的工作模式包括正常运行模式、分闸模式、合闸模式和母线故障保护模式。
多端口混合式直流断路器在正常运行模式下，每条通流支路(101-10n)的第一快速机械开关(111-11n)和单向换流开关(121-12n)均处于导通状态，分断支路(300)的单向分断开关(310)处于关断状态，母线故障保护支路(400)的第二快速机械开关(410)均处于关断状态。
多端口混合式直流断路器在分闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要切除时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通、所有通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)关断，电流开始通过换向支路(201-20n)转移至分断支路(300)的单向分断开关(310)。
第二步：当所有通流支路(101-10n)的电流接近于零时，控制第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)分闸。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)分开至绝缘电压位置时，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断、所有通流支路的单向换流开关(121-12n)导通，第Pk端口的电流转移至分断支路(300)的非线性电阻(320)和辅助耗能支路(500)的线性电阻(520)中并逐渐下降至零、非第Pk端口的电流恢复至各自的通流支路中，分闸成功并结束分闸操作。
多端口混合式直流断路器在合闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要接入时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通。
第二步：若多端口混合式直流断路器未合于故障，则控制第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)闭合；若多端口混合式直流断路器合于故障，则控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸失败并结束合闸操作。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)处于合位后，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸成功并结束合闸操作。
多端口混合式直流断路器在母线故障保护模式下，当直流母线或第一公共母线或第二公共母线发生接地故障时，直流断路器无法完成母线隔离操作，将启动失灵后备保护并控制母线故障保护支路(400)的第二快速机械开关(410)闭合。
图9是本申请实施例的一种安装于直流系统负极时的多端口混合式直流断路器第五实施例拓扑图，相比于图1实施例，本实施例增加了一条母线故障保护支路(400)和一条辅助耗能支路(500)。
母线故障保护支路(400)包括第二快速机械开关(410)，快速机械开关(410)一端连接于直流母线，另一端连接于第二公共母线。辅助耗能支路(500)包括串联连接的二极管(510)和线性电阻(520)。辅助耗能支路(500)的一端连接于第一公共母线，另一端连接于大地或金属回线，二极管(510)的阳极指向所述第一公共母线。
本实施例多端口混合式直流断路器的工作模式包括正常运行模式、分闸模式、合闸模式和母线故障保护模式。
多端口混合式直流断路器在正常运行模式下，每条通流支路(101-10n)的第一快速机械开关(111-11n)和单向换流开关(121-12n)均处于导通状态，分断支路(300)的单向分断开关(310)处于关断状态，母线故障保护支路(400)的第二快速机械开关(410)均处于关断状态。
多端口混合式直流断路器在分闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要切除时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通、所有通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)关断，电流开始通过换向支路(201-20n)转移至分断支路(300)的单向分断开关(310)。
第二步：当所有通流支路(101-10n)的电流接近于零时，控制第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)分闸。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)分开至绝缘电压位置时，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断、所有通流支路的单向换流开关(121-12n)导通，第Pk端口的电流转移至分断支路(300)的非线性电阻(320)和辅助耗能支路(500)的线性电阻(520)中并逐渐下降至零、非第Pk端口的电流恢复至各自的通流支路中，分闸成功并结束分闸操作。
多端口混合式直流断路器在合闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要接入时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通。
第二步：若多端口混合式直流断路器未合于故障，则控制第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)闭合；若多端口混合式直流断路器合于故障，则控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸失败并结束合闸操作。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)处于合位后，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸成功并结束合闸操作。
多端口混合式直流断路器在母线故障保护模式下，当直流母线或第一公共母线或第二公共母线发生接地故障时，直流断路器无法完成母线隔离操作，将启动失灵后备保护并控制母线故障保护支路(400)的第二快速机械开关(410)闭合。
图10是本申请实施例的一种安装于直流系统正极时的多端口混合式直流断路器第六实施例拓扑图，相比于图1实施例，增加了一条母线故障保护支路(400)和一条辅助耗能支路(500)。
母线故障保护支路(400)包括串联连接的第二快速机械开关(410)和单向开通开关(420)，第二快速机械开关(410)连接于第一公共母线，单向导通开关(420)连接于所述第二公共母线，母线故障保护支路(400)的中间点连接于直流母线，单向导通开关(420)的导通方向为第二公共母线指向直流母线。
辅助耗能支路(500)包括串联连接的二极管(510)和线性电阻(520)，辅助耗能支路(500)的一端连接于第二公共母线，另一端连接于大地或金属回线，二极管(510)的阴极指向第二公共母线。此外，通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)的分断电流方向指向直流母线。本实施例多端口混合式直流断路器的工作模式包括正常运行模式、分闸模式、合闸模式和母线故障保护模式。
多端口混合式直流断路器在正常运行模式下，每条通流支路(101-10n)的快速机械开关(111-11n)和单向换流开关(121-12n)均处于导通状态，分断支路(300)的单向分断开关(310)处于关断状态，母线故障保护支路(400)的第二快速机械开关(410)和单向开通开关(420)均处于关断状态；
多端口混合式直流断路器在分闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要切除时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通、所有通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)关断，电流开始通过换向支路(201-20n)转移至分断支路(300)的单向分断开关(310)。
第二步：当所有通流支路(101-10n)的电流接近于零时，控制第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)分闸。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)分开至绝缘电压位置时，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断、所有通流支路的单向换流开关(121-12n)导通，第Pk端口的电流转移至分断支路(300)的非线性电阻(320)和辅助耗能支路(500)的线性电阻(520)中并逐渐下降至零、非第Pk端口的电流恢复至各自的通流支路中，分闸成功并结束分闸操作。
多端口混合式直流断路器在合闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要接入时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通。
第二步：若多端口混合式直流断路器未合于故障，则控制第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)闭合；若多端口混合式直流断路器合于故障，则控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸失败并结束合闸操作。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)处于合位后，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸成功并结束合闸操作。
多端口混合式直流断路器在母线故障保护模式下，当直流母线接地故障时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通、母线故障保护支路(400)的单向导通开关(420)导通、所有通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)关断，电流开始通过换向支路(201-20n)转移至分断支路(300)的单向分断开关(310)。
第二步：当所有通流支路(101-10n)的电流接近于零时，控制所有通流支路(101-10n)的快速机械开关(111-11n)分闸。
第三步：当所有通流支路(101-10n)的第一快速机械开关(111-11n)分开至绝缘电压位置时，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断、所有通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)导通，电流转移至分断支路(300)的非线性电阻(320)并下降至零，分闸成功并结束分闸操作。
多端口混合式直流断路器在母线故障保护模式下，当第一公共母线接地故障时，多端口混合式直流断路器无法完成母线隔离操作，将启动失灵后备保护并控制母线故障保护支路(400)的第二快速机械开关(410)闭合。
多端口混合式直流断路器在母线故障保护模式下，多端口混合式直流断路器正常运行模式下母线差动保护不会动作，若此时进行分闸操作则母线差动保护会动作，直流断路器中止分闸操作并启动后备失灵保护。
图11是本申请实施例的一种安装于直流系统负极时的多端口混合式直流断路器第六实施例拓扑图。
相比于图1实施例，本实施例增加了一条母线故障保护支路(400)和一条辅助耗能支路(500)。
母线故障保护支路(400)包括串联连接的第二快速机械开关(410)和单向开通开关(420)，快速机械开关(410)连接于第二公共母线，单向导通开关(420)连接于所述第一公共母线，母线故障保护支路(400)的中间点连接于直流母线，单向导通开关(420)的导通方向为直流母线指向第一公共母线。辅助耗能支路(500)包括串联连接的二极管(510)和线性电阻(520)。
辅助耗能支路(500)的一端连接于第一公共母线，另一端连接于大地或金属回线，二极管(510)的阳极指向所述第一公共母线。此外，通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)的分断电流方向指向端口。本实施例多端口混合式直流断路器的工作模式包括正常运行模式、分闸模式、合闸模式和母线故障保护模式。
多端口混合式直流断路器在正常运行模式下，每条通流支路(101-10n)的第一快速机械开关(111-11n)和单向换流开关(121-12n)均处于导通状态，分断支路(300)的单向分断开关(310)处于关断状态，母线故障保护支路(400)的第二快速机械开关(410)和单向开通开关(420)均处于关断状态。
多端口混合式直流断路器在分闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要切除时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通、所有通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)关断，电流开始通过换向支路(201-20n)转移至分断支路(300)的单向分断开关(310)。
第二步：当所有通流支路(101-10n)的电流接近于零时，控制第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)分闸。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)分开至绝缘电压位置时，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断、所有通流支路的单向换流开关(121-12n)导通，第Pk端口的电流转移至分断支路(300)的非线性电阻(320)和辅助耗能支路(500)的线性电阻(520)中并逐渐下降至零、非第Pk端口的电流恢复至各自的通流支路中，分闸成功并结束分闸操作。
多端口混合式直流断路器在合闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的第Pk端口需要接入时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通。
第二步：若未合于故障，则控制第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)闭合；若合于故障，则控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸失败并结束合闸操作。
第三步：当第Pk端口通流支路(10k)的第一快速机械开关(11k)处于合位后，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断，合闸成功并结束合闸操作。
多端口混合式直流断路器在母线故障保护模式下，当直流母线接地故障时，动作过程如下。
第一步：控制分断支路(300)的单向分断开关(310)导通、母线故障保护支路(400)的单向导通开关(420)导通、所有通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)关断，电流开始通过换向支路(201-20n)转移至分断支路(300)的单向分断开关(310)。
第二步：当所有通流支路(101-10n)的电流接近于零时，控制所有通流支路(101-10n)的第一快速机械开关(111-11n)分闸。
第三步：当所有通流支路(101-10n)的第一快速机械开关(111-11n)分开至绝缘电压位置时，控制分断支路(300)的单向分断开关(310)关断、所有通流支路(101-10n)的单向换流开关(121-12n)导通，电流转移至分断支路(300)的非线性电阻(320)并下降至零，分闸成功并结束分闸操作。
多端口混合式直流断路器在母线故障保护模式下，当第一公共母线接地故障时，多端口混合式直流断路器正常运行模式下母线差动保护不会动作，若此时进行分闸操作则母线差动保护会动作，直流断路器中止分闸操作并启动后备失灵保护。
多端口混合式直流断路器在母线故障保护模式下，当第二公共母线接地故障时，多端口混合式直流断路器无法完成母线隔离操作，将启动失灵后备保护并控制母线故障保护支路(400)的第二快速机械开关(410)闭合。
图1-图11中，快速机械开关(111-11n)包括串联连接的至少一个机械开关断口，二极管(211-21n,221-22n，510)包括串联连接的至少一个二极管，单向换流开关(121-12n)包括串联连接的至少一个第一开关半导体器件，单向分断开关(310)包括串联连接的至少一个第一开关半导体器件，第一开关半导体器件为IGBT、IEGT、IGCT、MOSFET中的一种或组合。
单向导通开关(420)包括串联连接的至少一个二极管(421)和串联连接的至少一个第二开关半导体器件(422)，二极管(421)和第二开关半导体器件(422)相互串联连接，第二开关半导体器件包括SCR、IGBT、IEGT、IGCT、MOSFET的一种或组合。此外，非线性电阻工程中通常采用避雷器实现。
图12是本申请实施例的一种多端口混合式直流断路器的分断开关示意图，包括多个串联连接的单向分断开关(310)和非线性电阻(320)并联组。
以上实施例仅为说明本申请的技术思想，不能以此限定本申请的保护范围，凡是按照本申请提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本申请保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多端口混合式直流断路器，包括：
至少两条通流支路，所述通流支路包括串联连接的第一快速机械开关和单向换流开关，所述通流支路的一端相互连接并构成直流母线，每条所述通流支路的所述单向换流开关的分断电流方向相同；
至少两条换向支路，所述换向支路包括同向串联连接的二极管上桥臂和二极管下桥臂，每条所述通流支路的另一端一一对应连接于每条所述换向支路的中间点，并构成一个端口；
分断支路，所述分断支路包括并联连接的单向分断开关和非线性电阻，所述分断支路和所述换向支路相互并联连接并构成第一公共母线和第二公共母线，所述分断支路的所述单向分断开关的分断电流方向为所述第一公共母线指向所述第二公共母线，所述换向支路的所述二极管上桥臂阴极连接于所述第一公共母线，所述换向支路的所述二极管下桥臂阳极连接于所述第二公共母线。
2.如权利要求1所述的多端口混合式直流断路器，还包括：
一条母线故障保护支路，包括第二快速机械开关，其中，
当所述多端口混合式直流断路器安装于直流系统正极时，所述母线故障保护支路的一端连接于直流母线，另一端连接于第一公共母线；
当所述多端口混合式直流断路器安装于直流系统负极时，所述母线故障保护支路的一端连接于直流母线，另一端连接于第二公共母线。
3.如权利要求1所述的多端口混合式直流断路器，还包括：
一条母线故障保护支路，包括串联连接的第二快速机械开关和单向开通开关，所述母线故障保护支路两端分别连接于所述第一公共母线和所述第二公共母线，所述母线故障保护支路的中间点连接于所述直流母线；其中
当所述多端口混合式直流断路器安装于直流系统正极时，所述第二快速机械开关连接于所述第一公共母线，所述单向导通开关连接于所述第二公共母线，所述单向导通开关的导通方向为所述第二公共母线指向所述直流母线，所述通流支路的所述单向换流开关的分断电流方向指向所述直流母线；
当所述多端口混合式直流断路器安装于直流系统负极时，所述第二快速机械开关连接于所述第二公共母线，所述单向导通开关连接于所述第一公共母线，所述单向导通开关的导通方向为所述直流母线指向所述第一公共母线，所述通流支路的所述单向换流开关的分断电流方向指向所述端口。
4.如权利要求1所述的多端口混合式直流断路器，还包括：
一条辅助耗能支路，包括串联连接的二极管和线性电阻；其中
当所述多端口混合式直流断路器安装于直流系统正极时，所述辅助耗能支路的一端连接于所述第二公共母线，所述辅助耗能支路的另一端连接于大地或金属回线，所述二极管的阴极指向所述第二公共母线；
当所述多端口混合式直流断路器安装于直流系统负极时，所述辅助耗能支路的一端连接于所述第一公共母线，所述辅助耗能支路的另一端连接于大地或金属回线，所述二极管的阳极指向所述第一公共母线。
5.如权利要求1至4之任一项所述的多端口混合式直流断路器，其中，
所述第一快速机械开关或第二快速机械开关包括串联连接的至少一个机械开关断口，所述二极管包括串联连接的至少一个二极管，所述单向换流开关包括串联连接的至少一个第一开关半导体器件，所述单向分断开关包括串联连接的至少一个第一开关半导体器件，所述单向导通开关包括串联连接的至少一个二极管和串联连接的至少一个第二开关半导体器件，所述二极管和所述第二开关半导体器件相互串联；
所述第一开关半导体器件包括IGBT、IEGT、IGCT、MOSFET的至少一种；所述第二开关半导体器件包括SCR、IGBT、IEGT、IGCT、MOSFET的至少一种。
6.一种如权利要求1至5之任一项所述的多端口混合式直流断路器的控制方法，包括：
基于所述多端口混合式直流断路器的工作模式进行控制通流支路、换向支路和分断支路的通断，所述工作模式包括正常运行模式、分闸模式和合闸模式。
7.如权利要求6所述的控制方法，其中，
所述多端口混合式直流断路器处于正常运行模式下，每条通流支路处于导通状态，分断支路处于关断状态，所述多端口混合式直流断路器包括母线故障保护支路时，母线故障保护支路处于关断状态。
8.如权利要求6所述的控制方法，其中，
所述多端口混合式直流断路器处于分闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的任一所述端口需要切除时，包括：
控制分断支路的单向分断开关导通、所有通流支路的单向换流开关关断，电流开始通过换向支路转移至分断支路的单向分断开关；
当所有通流支路的电流接近于零时，控制需要切除的所述端口所处的通流支路的快速机械开关分闸；
当需要切除的所述端口所处的通流支路的快速机械开关分开至绝缘电压位置时，控制分断支路的单向分断开关关断、所有通流支路的单向换流开关导通，需要切除的所述端口的电流转移至分断支路的非线性电阻以及辅助耗能支路的线性电阻中并逐渐下降至零、除需要切除的所述端口之外的其他端口的电流恢复至各自的通流支路中，分闸成功并结束分闸操作。
9.如权利要求6所述的控制方法，其中，
所述多端口混合式直流断路器处于合闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的任一端口需要接入时，包括：
控制分断支路的单向分断开关导通；
若所述多端口混合式直流断路器未合于故障，则控制需要接入的所述端口所处的通流支路的快速机械开关闭合；若所述多端口混合式直流断路器合于故障，则控制分断支路的单向分断开关关断，合闸失败并结束合闸操作；
当需要接入的所述端口所处的通流支路的快速机械开关处于合位后，控制分断支路的单向分断开关关断，合闸成功并结束合闸操作。
10.如权利要求6所述的控制方法，其中，所述多端口混合式直流断路器包括母线故障保护支路时，所述工作模式还包括：
母线故障保护模式，所述多端口混合式直流断路器处于母线故障保护模式下，基于故障类型进行控制；其中，
所述故障类型为直流母线接地故障时，控制分断支路的单向分断开关导通、母线故障保护支路的单向导通开关导通、所有通流支路的单向换流开关关断，电流开始通过换向支路转移至分断支路的单向分断开关；
当所有通流支路的电流接近于零时，控制所有通流支路的快速机械开关分闸；
当所有通流支路的快速机械开关分开至绝缘电压位置时，控制分断支路的单向分断开关关断、所有通流支路的单向换流开关导通，电流转移至分断支路的非线性电阻并下降至零，分闸成功并结束分闸操作；
所述故障类型为多端口混合式直流断路器安装于直流系统正极且第一公共母线接地故障时，所述多端口混合式直流断路器无法完成母线隔离操作，将启动失灵后备保护并控制母线故障保护支路的快速机械开关闭合；
所述故障类型为多端口混合式直流断路器安装于直流系统负极且第二公共母线接地故障时，所述多端口混合式直流断路器无法完成母线隔离操作，将启动失灵后备保护并控制母线故障保护支路的快速机械开关闭合；
所述故障类型为多端口混合式直流断路器安装于直流系统正极且第二公共母线接地故障时，所述多端口混合式直流断路器正常运行模式下母线差动保护不会动作，若此时进行分闸操作则母线差动保护会动作，所述多端口混合式直流断路器中止分闸操作并启动后备失灵保护；
所述故障类型为多端口混合式直流断路器安装于直流系统负极且第一公共母线接地故障时，所述多端口混合式直流断路器正常运行模式下母线差动保护不会动作，若此时进行分闸操作则母线差动保护会动作，所述多端口混合式直流断路器中止分闸操作并启动后备失灵保护。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116131207A (zh) * 2023-01-28 2023-05-16 浙江大学 一种基于广义h桥电路的混合式直流断路器

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116581722B (zh) * 2023-06-20 2024-01-23 三峡电能有限公司 一种用于潮流控制及直流断路控制的一体装置及控制方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013093066A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-27 Siemens Aktiengesellschaft Hybrid dc circuit breaking device
JP2018036054A (ja) * 2016-08-29 2018-03-08 永楽電気株式会社 地絡検出装置、地絡保護装置、及び、地絡検出方法。
EP3540750B1 (en) * 2018-03-16 2021-05-05 ABB Power Grids Switzerland AG Hvdc circuit breaker, hvdc switchyard, hvdc switchyard system, and hvdc grid
CN109193625B (zh) * 2018-09-11 2020-06-19 华南理工大学 一种新型组合式直流断路器拓扑
CN109193580B (zh) * 2018-09-12 2019-12-27 山东大学 一种限流式快速重合闸直流断路器拓扑结构及控制方法
CN109873407B (zh) * 2019-03-28 2020-01-17 北京交通大学 一种环形桥式多端口混合直流断路器
CN110048377B (zh) * 2019-03-28 2020-06-30 山东大学 适用于直流配电网的多端口混合式直流断路器及控制方法
CN111509663A (zh) * 2020-04-10 2020-08-07 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 一种二极管桥式多端口混合式直流断路器及其控制方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116131207A (zh) * 2023-01-28 2023-05-16 浙江大学 一种基于广义h桥电路的混合式直流断路器
CN116131207B (zh) * 2023-01-28 2023-12-15 浙江大学 一种基于广义h桥电路的混合式直流断路器

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