CN116505478A - 基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器，其中，主通流支路在正常运行时双向承载电流且故障情况下关断故障电流实现机械开关的无弧分断，电流注入支路一端连接电力电子器件远离机械开关的一侧，另一端连接机械开关远离电力电子器件的一侧以产生与所述故障电流相抵消的振荡电流、生成机械开关的电流零点辅助换流并建立耗能支路的触发电压，电流注入支路包括串联的反并联晶闸管组合、电容Cp和电感Lp，换流支路一端连接电力电子器件远离机械开关的一侧，另一端连接机械开关远离电力电子器件的一侧为故障电流转移提供通路以及振荡实现电容电压极性的反向，换流支路包括串联的若干个具备双向导通性和关断能力的电力电子模块结构单元SM。
Description
技术领域
本发明涉及中高压直流系统输电、配电与用电领域，特别是一种基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器。
背景技术
直流输电系统具有线路阻抗低、时间常数小、短路电流上升速率快、短路电流峰值高的特点。具有快速开断和限流功能的直流断路器已成为直流输电系统安全运行的关键设备，在直流输电系统的工程应用中起着至关重要的作用。考虑到断路时间、制造成本和通态损耗等因素，直流电网工程中采用的直流断路器主要是机械式直流断路器和混合式直流断路器。
机械式直流断路器具有传导损耗低、开断能力强、成本低等优点，其关键是为机械开关制造类似于交流零点的开断环境。然而机械式直流断路器在断开时产生的电弧易损伤触头，且需考虑TIV的弧后绝缘恢复，可能存在电弧重燃的问题。在故障次数较多需重复开断的情况下，对机械开关的性能要求较高，无法实现长期可靠使用。混合式直流断路器结合了机械式直流断路器和固态直流断路器的优点，采用机械开关承载正常负载电流，电力电子开关中断故障电流，在保证断路容量和动作速度的前提下，大大降低了直流断路器的通态损耗。
然而，由于混合式直流断路器的关键在于依靠电力电子器件承载并最终关断大电流，因此电力电子器件在关断时将承受较大的暂态应力。当故障电流较大时，甚至可能使电力电子器件超出其安全工作区而导致关断失败，这就对电力电子器件可靠性与耐用性提出了较高的要求。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足或缺陷，结合了传统机械式直流断路器与传统混合式直流断路器的关键技术：通过预充电振荡法为开关创造“人工电流过零点”的开断环境，并通过电力电子器件的零电流关断强制故障电流换流，提供了一种基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器，实现机械开关在“零电压零电流”条件下无弧分断的同时，实现了电力电子器件的零电流关断，降低了其关断时的暂态应力。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
一种基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器包括，
主通流支路，其在正常运行时双向承载电流且故障情况下关断故障电流实现机械开关的无弧分断，所述主通流支路包括串联的隔离断路器、限流电感、双向通流的负载转移开关和机械开关，其中，负载转移开关由多个电力电子器件构成，机械开关为断路器或隔离开关；
电流注入支路，其一端连接电力电子器件远离机械开关的一侧，另一端连接机械开关远离电力电子器件的一侧以产生与所述故障电流相抵消的振荡电流、生成机械开关的电流零点辅助换流并建立耗能支路的触发电压，电流注入支路包括串联的反并联晶闸管组合、电容Cp和电感Lp，反并联晶闸管组合包括一对反并联晶闸管T1、晶闸管T2；
耗能支路，其一端连接电力电子器件远离机械开关的一侧，另一端连接于电容Cp和电感Lp之间以切除短路电流并耗散能量；
换流支路，其一端连接电力电子器件远离机械开关的一侧，另一端连接机械开关远离电力电子器件的一侧为故障电流的转移提供通路以及振荡实现电容电压极性的反向，换流支路包括串联的若干个具备双向导通性和关断能力的电力电子模块结构单元SM，电力电子模块结构单元SM由不同电力电子器件的多种拓扑结构实现。
所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器中，电流注入支路通过控制不同方向的反并联晶闸管T1、晶闸管T2导通以控制故障电流流入的方向，实现对电容Cp的双向可控充电。
所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器中，所述机械开关包括由一个或者多个断口串并联组成的断口。
所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器中，所述断口包括真空断口或气体断口。
所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器中，气体断口包括N2、空气、H2断口。
所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器中，所述耗能支路包括金属氧化物可变电阻MOV。
所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器中，系统正常运行前，闭合机械开关，再触发电流注入支路的反并联晶闸管组合中的一个，接着闭合隔离断路器，直流系统对电流注入支路电容充电，达到目标电压后，导通主通流支路的电力电子器件，系统电流转移至主通流支路，通过电流注入支路的电流将逐渐衰减为0，电流注入支路晶闸管自然关断，此时直流系统开始正常运行，电容预充电完成。
所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器中，电容预充电完成后，导通电流注入支路中的反并联晶闸管组合中的另一个，换流支路与主通流支路形成回路，电容与电感开始振荡，半个周期的振荡后电流为零，电流注入支路中的反并联晶闸管组合中的另一个自然关断，此时电容电压极性达到反向最大，电容电压极性完成反向。
所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器中，在故障情况下，首先触发电流注入支路反并联晶闸管组合中的一个，向主通流支路注入与故障电流反向的振荡电流，主通流支路电力电子器件关断后，故障电流转移至电流注入支路；故障电流给电容反向充电至目标电压后导通换流支路与故障电流方向相同的电力电子器件，故障电流将自然转移至换流支路，此时故障电流对电容的自充电过程完成。
所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器中，在故障情况下，将电流注入支路谐振产生的振荡电流注入其他支路，使电流矢量和抵消为零，使机械开关在零电压零电流条件下无弧分断的同时，电力电子器件在零电流时关断。
直流输电系统包括所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器。
有益效果
本发明通过振荡支路创造电流过零点以及依靠电力电子器件实现自然换相与强制换相，在实现机械开关在“零电压零电流”条件下无弧分断的同时，实现了电力电子器件的零电流关断。拓扑内的全控器件与传统混合式直流断路器中的全控器件相比，其关断时承受的暂态应力得到显著降低。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中：
图1是根据本发明一个实施例的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器的结构拓扑示意图；
图2(a)至图2(c)是根据本发明一个实施例的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器的模块结构单元SM的部分示例的结构示意图；
图3根据本发明一个实施例的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器的清除短路故障的操作流程示意图；
图4是根据本发明一个有双向开断能力的实施例的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器在切断短路电流过程中对应的断路器两端电压、各支路电流与控制信号随时间变化的曲线示意图。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
如图1至图4所示，一种基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器包括，
主通流支路，其在正常运行时双向承载电流且故障情况下关断故障电流实现机械开关的无弧分断，所述主通流支路包括串联的隔离断路器、限流电感、双向通流的负载转移开关和机械开关，其中，负载转移开关LCS由少量电力电子器件构成，机械开关为断路器或隔离开关；
电流注入支路，其一端连接电力电子器件远离机械开关的一侧，另一端连接机械开关远离电力电子器件的一侧以产生与所述故障电流相抵消的振荡电流、生成机械开关的电流零点辅助换流并建立耗能支路的触发电压，电流注入支路包括串联的反并联晶闸管组合、电容Cp和电感Lp，反并联晶闸管组合包括一对反并联晶闸管T1、晶闸管T2；
耗能支路，其一端连接电力电子器件远离机械开关的一侧，另一端连接于电容Cp和电感Lp之间以切除短路电流并耗散能量；
换流支路，其一端连接电力电子器件远离机械开关的一侧，另一端连接机械开关远离电力电子器件的一侧为故障电流的转移提供通路以及振荡实现电容电压极性的反向，换流支路包括串联的若干个具备双向导通性和关断能力的电力电子模块结构单元SM，电力电子模块结构单元SM由不同电力电子器件的多种拓扑结构实现。
所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器的优选实施例中，电流注入支路通过控制不同方向的反并联晶闸管T1、晶闸管T2导通以控制故障电流流入的方向，实现对电容Cp的双向可控充电。
所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器的优选实施例中，所述机械开关包括由一个或者多个断口串并联组成的断口。
所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器的优选实施例中，所述断口包括真空断口或气体断口。
所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器的优选实施例中，气体断口包括N2、空气、H2断口。
所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器的优选实施例中，所述耗能支路包括金属氧化物可变电阻MOV。
所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器的优选实施例中，系统正常运行前，闭合机械开关，再触发电流注入支路的反并联晶闸管组合中的一个，接着闭合隔离断路器，直流系统对电流注入支路电容充电，达到目标电压后，导通主通流支路的电力电子器件，系统电流转移至主通流支路，通过电流注入支路的电流将逐渐衰减为0，电流注入支路晶闸管自然关断，此时直流系统开始正常运行，电容预充电完成。
所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器的优选实施例中，电容预充电完成后，导通电流注入支路中的反并联晶闸管组合中的另一个，换流支路与主通流支路形成回路，电容与电感开始振荡，半个周期的振荡后电流为零，电流注入支路中的反并联晶闸管组合中的另一个自然关断，此时电容电压极性达到反向最大，电容电压极性完成反向。
进一步的，在故障情况下，通过拓扑结构内部电力电子器件的时序配合可以实现故障电流对电容的自充电，用于在故障情况下将与故障电流方向相反的振荡电流注入换流支路，创造换流支路电力电子器件关断时的电流零点。具体实现方式为：
故障发生后，触发电流注入支路对应的晶闸管A向主通流支路注入与故障电流反向的振荡电流，主通流支路电力电子器件关断后，故障电流第一次转移至电流注入支路；此时故障电流给电容反向充电，电容电压的极性将改变，反向充电至目标电压后导通换流支路与故障电流方向相同的可控电力电子器件，故障电流第二次转移至换流支路，此时故障电流对电容的自充电过程完成。
为了产生与换流支路故障电流方向相反的振荡电流，需改变电容电压极性。导通电流注入支路中的另一晶闸管B，换流支路将与电流注入支路形成回路，电容与电感开始振荡，此时振荡电流在换流支路的方向与故障电流相同。半个周期的振荡后电流为零，电流注入支路中的晶闸管B自然关断，电容电压极性完成反向。当机械开关分断至足够的绝缘开距时，同时触发电流注入支路的反并联晶闸管A、B向换流支路注入与故障电流反向的振荡电流，在电流为零时关断SM中对应的可控电力电子器件。
进一步的，拓扑结合了传统机械式直流断路器与传统混合式直流断路器的关键技术：通过预充电振荡法为开关创造“人工电流过零点”的开断环境，实现了电力电子器件的零电流关断，降低了其关断时的暂态应力；通过电力电子器件的零电流关断强制故障电流换流，实现机械开关在“零电压零电流”条件下的无弧分断。
所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器的优选实施例中，金属氧化物避雷器包括线路型金属氧化物避雷器、无间隙线路型金属氧化物避雷器或全绝缘复合外套金属氧化物避雷器。
所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器的优选实施例中，所述能量耗散电路包括以下器件的单个或者多个组合：金属氧化物避雷器、可卸式避雷器。
在一个实施例中，基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器包括主通流支路、电流注入支路、换流支路与耗能支路四部分。
其中，所述主通流支路在正常运行时可双向承载电流，故障情况下通过电力电子器件的关断转移故障电流、实现机械开关的无弧分断；所述电流注入支路用于产生与故障电流相抵消的振荡电流并注入其他支路、创造开关的电流零点辅助换流，并建立耗能支路金属氧化物可变电阻(MOV)触发电压；所述换流支路为故障电流的转移提供通路、可与电流注入支路的电力电子元件配合振荡实现电容电压极性的反向；所述耗能支路用于切除短路电流并耗散能量。
主通流支路包括超快速机械开关、少量电力电子器件、限流电感和隔离断路器，且相互串联。其中，超快速机械开关与电力电子器件组合连接，限流电感、隔离断路器串联在电力电子器件左侧。
电流注入支路包括电容Cp、电感Lp和一对反并联晶闸管T1、T2，且相互串联。其中，电容Cp与反并联晶闸管组合连接，电感Lp与电容Cp串联。
换流支路包括若干电力电子模块结构单元(SM)，且相互串联。
耗能支路包括金属氧化物可变电阻(MOV)。
主通流支路少量电力电子器件可由不同电力电子器件的不同拓扑结构实现，具备双向导通性和关断能力，本例为一个电力电子模块结构单元(SM)。
模块结构单元(SM)可由不同电力电子器件的多种拓扑结构实现，具备双向导通性和关断能力，三种IGBT的示例结构如图2(a)至图2(c)所示为，其余结构不再在此一一列举。本例采用的SM结构如图2(a)所示，在应用时根据不同的电压应用等级串联不同的数量。
在直流系统正常运行前，通过主通流支路与电流注入支路内部电力电子器件的时序配合对电流注入支路的电容进行预充电，无需单独配置充电设备。具体实现方式为：
系统正常运行前，首先闭合机械开关，再触发电流注入支路对应晶闸管T1，接着闭合隔离断路器RCB，直流系统开始对电流注入支路电容充电。达到目标电压后，导通主通流支路G1’，系统电流快速转移至主通流支路，通过电流注入支路的电流将逐渐衰减为0，电流注入支路晶闸管自然关断。此时直流系统开始正常运行，电容预充电完成。
通过电流注入支路与换流支路内部电力电子器件的配合可以实现电容电压极性的反向。用于在故障情况下将与故障电流方向相反的振荡电流注入主通流支路，创造主通流支路电力电子器件关断时的电流零点。具体实现方式为：
电容预充电完成后，为了产生与主通流支路故障电流方向相反的振荡电流，需改变电容电压极性。导通电流注入支路中的另一晶闸管T2，主通流支路将与电流注入支路形成回路，电容与电感开始振荡。半个周期的振荡后电流为零，电流注入支路中的晶闸管T2自然关断。此时电容电压极性达到反向最大，关断G1组，电容电压极性完成反向。
通过拓扑结构内部电力电子器件的时序配合可以实现故障电流对电容的自充电，用于在故障情况下将与故障电流方向相反的振荡电流注入换流支路，创造换流支路电力电子器件关断时的电流零点。具体实现方式为：
故障发生后，触发电流注入支路对应的晶闸管T1向主通流支路注入与故障电流反向的振荡电流，主通流支路G1’过零关断，故障电流第一次转移至电流注入支路；此时故障电流给电容反向充电，电容电压的极性将改变，反向充电至目标电压后导通换流支路G1组，故障电流第二次转移至换流支路，此时故障电流对电容的自充电过程完成。
为了产生与换流支路故障电流方向相反的振荡电流，需改变电容电压极性。导通电流注入支路中的另一晶闸管T2，换流支路将与电流注入支路形成回路，电容与电感开始振荡，此时振荡电流在换流支路的方向与故障电流相同。半个周期的振荡后电流为零，电流注入支路中的晶闸管T2自然关断，电容电压极性完成反向。当机械开关分断至足够的绝缘开距时，同时触发电流注入支路的反并联晶闸管T1、T2向换流支路注入与故障电流反向的振荡电流，在电流为零时关断换流支路G1组。
进一步的，基于所提一种基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器，以额定电压20kV，额定电流2kA，最大故障电流10kA的直流系统为例，给出直流断路器通过正向电流，清除右侧短路故障的操作过程，流程如图3所示，gs为开关器件的控制信号，包括以下步骤：
1)t＜t0：系统正常运行前，先闭合机械开关K，再触发电流注入支路晶闸管T1，接着闭合隔离断路器RCB，直流系统开始对电流注入支路电容充电。达到目标电压后，导通主支路G1’，系统电流快速转移至主通流支路，通过电流注入支路的电流将逐渐衰减为0，此时直流系统开始正常运行。
导通晶闸管T2，主通流支路与电流注入支路形成回路，电容与电感开始振荡。半个周期的振荡后电流为零，晶闸管T2自然关断，此时电容电压极性达到反向最大，电容极性反向完成。
2)t0-t1：若t0时刻发生短路故障，线路电流开始持续性上升，其上升速度受到限流电感的限制。一定的时间延迟后，于t1时刻发送跳闸信号至直流断路器。
3)t1-t2：直流断路器在接收到跳闸信号后触发晶闸管T1，向主通流支路注入与故障电流反向的振荡电流。t2时刻电流抵消过零时，关断主支路G1’。同时，故障电流转移至电流注入支路。
4)t2-t3：故障电流于t2时刻开始给电容充电，于t3时刻充电至目标电压，同时导通换流支路SM中的G1组。目标电压为产生足够中断最大故障电流的反向振荡电流所需的电容电压值。
5)t3-t4：故障电流于t3时刻转移至换流支路，触发晶闸管T2，使电容与电感通过换流支路振荡，t3’时刻振荡结束，电容电压极性反向。同时超快速机械开关开始驱动触点分离，此时开关为零电流零电压条件下的无弧分闸。t4时刻开关分断至足够的绝缘开距，以承受t4时刻的暂态中断电压。振荡电流通过换流支路时，电流满足如下关系式：
Icom＝If+Iosc＝if(t4)+10kA (1)
6)t4-t5：同时触发电流注入支路的晶闸管T1、T2，电容与电感产生的振荡电流将通过换流支路，且与故障电流方向相反。t5时刻换流支路电流抵消过零时，关断G1组。同时，故障电流将转移至电流注入支路。此阶段通过换流支路的电流满足如下关系：
Icom＝If-Iosc＝if(t4)-10kA≤0 (2)
式(1)、(2)中，Icom为换流支路电流，If为变化的直流系统故障电流，Iosc为振荡电流。
7)t5-t6：故障电流于t5时刻开始给电容充电，直至达到MOV的触发电压，故障电流转移至耗能支路。通过MOV的电流将逐渐减小，直至于t6时刻衰减为零。
8)t6-t7：故障电流中断后，系统可能存在一定的漏电流。隔离断路器将于t7时刻开启，清除漏电流，并将断路器主回路与电网系统隔离。
图4为所提基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器在切断短路电流过程中对应的断路器两端电压VCB、各支路电流I与控制信号随时间变化的曲线。
具体的，断路器两端电压随时间变化特性如下：系统正常运行时，断路器两端的电压几乎为零，t2时刻故障电流通过电流注入支路，断路器两端的电压即为电容电压的变化；故障电流通过换流支路时，断路器两端电压几乎为零；t5时刻故障电流全部换流至电流注入支路，此时断路器两端的电压即为电容电压，断路器两端电压随电容电压开始上升；t5’时刻达到MOV的触发电压UMOV，UMOV约为1.5倍直流系统电压，MOV将消耗能量，将断路器两端电压钳位在直流系统电压。
具体的，断路器流过电流随时间转移特性如下：在t0时刻之前，直流系统正常工作，由主通流支路导通2kA的线路工作电流；t1时刻系统开始切断故障电流，此时触发晶闸管T1，振荡电流注入主通流支路，与故障电流方向相反，流过机械开关的电流IK开始下降；t2时刻故障电流完成第一次转移，全部通过电流注入支路，对电流注入支路的电容充电之目标电压后，导通换流支路G1组，流过电流注入支路的电流Iosc开始下降；t3时刻故障电流完成第二次转移，全部通过换流支路，超快速机械开关K开始无弧分闸，晶闸管T1自然关断，同时触发晶闸管T2，电容与电感通过换流支路振荡，电容极性反向，此时换流支路的电流Icom为故障电流与Iosc的叠加；t3’时刻振荡结束，此时Icom等于故障电流；超快速机械开关分闸过程大约需要2ms，t4时刻分断至足够承受暂态中断电压的绝缘开距，触发晶闸管T3，振荡电流注入换流支路，与故障电流方向相反，Icom开始下降，下降到零时关断G1组，故障电流再次转移至电流注入支路，Iosc迅速上升。达到MOV的触发电压后，IMOV迅速上升，直至t5’时刻Iosc降为零，故障电流全部转移至耗能支路，MOV消耗剩余能量。
根据本发明的一个方面，本发明提供一种直流输电系统，其包括所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。
Claims (10)
1.一种基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器，其特征在于，其包括，
主通流支路，其在正常运行时双向承载电流且故障情况下关断故障电流实现机械开关的无弧分断，所述主通流支路包括串联的隔离断路器、限流电感、双向通流的负载转移开关和机械开关，其中，负载转移开关由多个电力电子器件构成，机械开关为断路器或隔离开关；
电流注入支路，其一端连接电力电子器件远离机械开关的一侧，另一端连接机械开关远离电力电子器件的一侧以产生与所述故障电流相抵消的振荡电流、生成机械开关的电流零点辅助换流并建立耗能支路的触发电压，电流注入支路包括串联的反并联晶闸管组合、电容Cp和电感Lp，反并联晶闸管组合包括一对反并联晶闸管T1、晶闸管T2；
耗能支路，其一端连接电力电子器件远离机械开关的一侧，另一端连接于电容Cp和电感Lp之间以切除短路电流并耗散能量；
换流支路，其一端连接电力电子器件远离机械开关的一侧，另一端连接机械开关远离电力电子器件的一侧为故障电流的转移提供通路以及振荡实现电容电压极性的反向，换流支路包括串联的若干个具备双向导通性和关断能力的电力电子模块结构单元SM，电力电子模块结构单元SM由不同电力电子器件的多种拓扑结构实现。
2.根据权利要求1所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器，其特征在于，优选的，电流注入支路通过控制不同方向的反并联晶闸管T1、晶闸管T2导通以控制故障电流流入的方向，实现对电容Cp的双向可控充电。
3.根据权利要求1所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器，其特征在于：所述机械开关包括由一个或者多个断口串并联组成的断口。
4.根据权利要求3所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器，其特征在于：所述断口包括真空断口或气体断口，气体断口包括N2、空气、H2断口。
5.根据权利要求1所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器，其特征在于：所述耗能支路包括金属氧化物可变电阻MOV。
6.根据权利要求1所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器，其特征在于：系统正常运行前，闭合机械开关，再触发电流注入支路的反并联晶闸管组合中的一个，接着闭合隔离断路器，直流系统对电流注入支路电容充电，达到目标电压后，导通主通流支路的电力电子器件，系统电流转移至主通流支路，通过电流注入支路的电流将逐渐衰减为0，电流注入支路晶闸管自然关断，此时直流系统开始正常运行，电容预充电完成。
7.根据权利要求6所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器，其特征在于：电容预充电完成后，导通电流注入支路中的反并联晶闸管组合中的另一个，换流支路与主通流支路形成回路，电容与电感开始振荡，半个周期的振荡后电流为零，电流注入支路中的反并联晶闸管组合中的另一个自然关断，此时电容电压极性达到反向最大，电容电压极性完成反向。
8.根据权利要求1所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器，其特征在于：在故障情况下，首先触发电流注入支路反并联晶闸管组合中的一个，向主通流支路注入与故障电流反向的振荡电流，主通流支路电力电子器件关断后，故障电流转移至电流注入支路；故障电流给电容反向充电至目标电压后导通换流支路与故障电流方向相同的电力电子器件，故障电流将自然转移至换流支路，此时故障电流对电容的自充电过程完成。
9.根据权利要求1-8任一项所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器，其特征在于：在故障情况下，将电流注入支路谐振产生的振荡电流注入其他支路，使电流矢量和抵消为零，使机械开关在零电压零电流条件下无弧分断的同时，电力电子器件在零电流时关断。
10.一种直流输电系统，其包括权利要求1-9中任一项所述的基于自充电振荡辅助换流的混合式直流断路器。
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