CN218771286U - 电流关断装置和电流关断模块 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种电流关断装置和电流关断模块，所述电流关断装置包括通流支路、转移支路和耗能支路，其中，所述通流支路与所述转移支路并联连接；所述通流支路由机械开关与饱和电抗器串联构成；所述转移支路由振荡电容器和有源电力电子单元串联构成；所述耗能支路与所述转移支路的所述振荡电容器并联连接，或与所述通流支路并联连接。根据本申请的实施例，本申请提出的电流关断装置具有快速开关重燃风险低、模块冗余度高和设备经济性好等优点。

Description

电流关断装置和电流关断模块

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种电流关断装置和电流关断模块。

背景技术

在直流应用场合中，由于直流输配电系统故障电流增长快，可靠的故障快速隔离和恢复是保证其安全稳定运行的关键。现有的直流断路器包括机械式直流断路器、混合式直流断路器和全固态式直流断路器等。其中，机械式直流断路器又可分为无源振荡技术和有源振荡技术，由于机械式直流断路器使用了电容器，因此，机械式直流断路器的设备体积很大，且在分断小电流工况时需要很长时间，在机械开关过零时重燃风险大，在关断过程易与直流系统发生振荡，对系统及其他设备正常安全运行带来隐患。混合式直流断路器结合了机械开关及电力电子技术，通过电力电子器件实现电流可控关断，具备无弧、快速重合闸等特点，系统适用性好，但关断电流技术性能与设备经济性能均受限于全控型电力电子器件，不利于其在高压直流输电系统的大规模推广应用。由于全固态式直流断路器的通流损耗较大，一般不选择全固态式直流断路器用于故障隔离和恢复。

本发明人发现，在交流应用场合中，常规的交流断路器仅能在电流过零点自然熄灭完成电流关断，而较大的首半波故障电流峰值对某些敏感或重要设备将产生不利影响，迫切需要能够提前快速关断电流的交流断路器。

实用新型内容

本申请提出一种电流关断装置和电流关断模块，用于解决现有技术中直流断路器存在机械开关重燃风险大、小电流关断时间长、与系统振荡显著和设备成本高昂的问题以及交流断路器关断时首半波高幅值故障电流对敏感或重要设备的影响的问题。

根据本申请的一方面，提出一种电流关断装置，包括通流支路、转移支路和耗能支路，其中，所述通流支路与所述转移支路并联连接；所述通流支路由机械开关与饱和电抗器串联构成；所述转移支路由振荡电容器和有源电力电子单元串联构成；所述耗能支路与所述转移支路的所述振荡电容器并联连接，或与所述通流支路并联连接。

根据一些实施例，所述有源电力电子单元由至少一个具有旁路功能的有源电力电子模块串联构成，所述具有旁路功能的有源电力电子模块包括电力电子开关、电压源和旁路开关，其中，所述电力电子开关包括第一电力电子开关和第二电力电子开关，所述旁路开关包括第一旁路开关，所述电压源包括第一电压源，所述第一电力电子开关的正极与所述第一电压源的正极连接，所述第一电力电子开关的负极与所述第二电力电子开关的正极连接后引出外接线，所述第二电力电子开关的负极与第一电压源的负极连接后引出外接线，所述第一旁路开关并联连接于两个引出外接线之间；或

所述具有旁路功能的有源电力电子模块包括电力电子开关、第二电压源和旁路开关，其中，所述电力电子开关包括第三电力电子开关、第四电力电子开关、第五电力电子开关和第六电力电子开关，所述旁路开关包括第二旁路开关，所述电压源包括第二电压源，所述第三电力电子开关的正极分别与所述第五电力电子开关的正极及所述第二电压源的正极连接，所述第三电力电子开关的负极与所述第四电力电子开关的正极连接后引出外接线，所述第四电力电子开关的负极分别与所述第六电力电子开关的负极及所述第二电压源的负极连接，所述第五电力电子开关的负极与所述第六电力电子开关的正极连接后引出外接线，所述第二旁路开关并联连接于两个引出外接线之间；或

所述具有旁路功能的有源电力电子模块包括电力电子开关、电压源和旁路开关，其中，所述电力电子开关包括第七电力电子开关和第八电力电子开关，所述旁路开关包括第三旁路开关，所述电压源包括第三电压源和第四电压源，所述第七电力电子开关的正极与所述第三电压源的正极连接，所述第七电力电子开关的负极与所述第八电力电子开关的正极连接后引出外接线，所述第八电力电子开关的负极与所述第四电压源的负极连接，所述第三电压源的负极与所述第四电压源的正极连接后引出外接线，所述第三旁路开关并联连接于两个引出外接线之间。

根据一些实施例，所述具有旁路功能的有源电力电子模块的工作模式包括退出模式和投入模式，其中，在所述退出模式下，所述有源电力电子模块的旁路开关闭合；在所述投入模式下，所述有源电力电子模块的旁路开关打开。

根据一些实施例，所述有源电力电子单元由至少一个具有隔离功能的有源电力电子模块并联构成，所述具有隔离功能的有源电力电子模块包括电力电子开关、隔离开关和电压源，其中，所述电力电子开关包括第九电力电子开关和第十电力电子开关，所述隔离开关包括第一隔离开关，所述电压源包括第五电压源，所述第九电力电子开关的正极与所述第五电压源的正极连接，所述第九电力电子开关的负极分别与所述第十电力电子开关的正极及所述第一隔离开关的第一端连接，所述第一隔离开关的第二端引出外接线，所述第十电力电子开关的负极与第五电压源的负极连接后引出外接线；或

所述具有隔离功能的有源电力电子模块包括电力电子开关、隔离开关和电压源，其中，所述电力电子开关包括第十一电力电子开关、第十二电力电子开关、第十三电力电子开关和第十四电力电子开关，所述隔离开关包括第二隔离开关，所述电压源包括第六电压源，所述第十一电力电子开关的正极分别与所述第十三电力电子开关的正极及所述第六电压源的正极连接，所述第十一电力电子开关的负极与所述第十二电力电子开关的正极连接后引出外接线，所述第十二电力电子开关的负极分别与所述第十四电力电子开关的负极及所述第六电压源的负极连接，所述第十三电力电子开关的负极分别与所述第十四电力电子开关的正极及所述第二隔离开关的第一端连接，所述第二隔离开关的第二端引出外接线；或

所述具有隔离功能的有源电力电子模块包括电力电子开关、隔离开关和电压源，其中，所述电力电子开关包括第十五电力电子开关和第十六电力电子开关，所述隔离开关包括第三隔离开关，所述电压源包括第七电压源和第八电压源，所述第十五电力电子开关的正极与所述第七电压源的正极连接，所述第十五电力电子开关的负极与所述第十六电力电子开关的正极连接后引出外接线，所述第十六电力电子开关的负极与所述第八电压源的负极连接，所述第七电压源的负极分别与所述第八电压源的正极及所述第三隔离开关的第一端连接，所述第三隔离开关的第二端引出外接线。

根据一些实施例，所述具有隔离功能的有源电力电子模块的工作模式包括退出模式和投入模式，其中，在所述退出模式下，所述有源电力电子模块的隔离开关打开；在所述投入模式下，所述有源电力电子模块的隔离开关闭合。

根据一些实施例，所述机械开关由一个或多个机械开关串并联构成；和/或所述饱和电抗器由一个或多个饱和电抗器串并联构成；和/或所述振荡电容器由一个或多个电容器串并联构成；和/或所述耗能支路由一个或多个避雷器串并联构成。

根据一些实施例，所述第一电力电子开关、所述第二电力电子开关、所述第三电力电子开关、所述第四电力电子开关、所述第五电力电子开关、所述第六电力电子开关、所述第七电力电子开关和所述第八电力电子开关均由至少一级功率半导体器件串联构成，所述功率半导体器件包括全控型功率半导体器件或半控型功率半导体器件，所述全控型功率半导体器件为IGBT、IEGT、IGCT、MOSFET、GTO中的一种或任意组合，所述半控型功率半导体器件为晶闸管；和/或

所述第一电压源、所述第二电压源、所述第三电压源和所述第四电压源为预充电电容器，或储能蓄电池，或交流整流电源。

根据一些实施例，所述第九电力电子开关、所述第十电力电子开关、所述第十一电力电子开关、第十二电力电子开关、第十三电力电子开关、第十四电力电子开关、第十五电力电子开关和所述第十六电力电子开关均由至少一级功率半导体器件串联构成，所述功率半导体器件包括全控型功率半导体器件或半控型功率半导体器件，所述全控型功率半导体器件为IGBT、IEGT、IGCT、MOSFET、GTO中的一种或任意组合，所述半控型功率半导体器件为晶闸管；和/或

所述第五电压源、所述第六电压源、所述第七电压源和所述第八电压源为预充电电容器，或储能蓄电池，或交流整流电源。

根据本申请的一方面，提出一种电流关断模块，所述电流关断模块包括至少两个如前任一实施例所述的电流关断装置，且至少两个所述电流关断装置串联连接。

根据本申请的实施例，当电流关断装置分闸时，通过控制通流支路和转移支路内部元件的运行状态，使得转移支路产生与故障电流幅值电流相等、方向相反的振荡电流，从而使得通流支路可靠关断，克服了机械开关重燃风险大、小电流关断时间长、与系统振荡显著以及设备成本高的问题，有利于在交直流输配电系统的大规模推广应用。

根据另一些实施例，通流支路仅包括机械开关和饱和电抗器，通流损耗低且不需要水冷；转移支路的有源电力电子单元采用有源振荡升压原理，提升反向注入电流幅值，有源电力电子单元中模块数量少且配置了冗余，显著提高了设备经济性和可靠性；转移支路的振荡电容器为脉冲电容，耐受电压高、容值为uF级，小电流关断时间显著减少，同时降低了电容体积和成本。

根据另一些实施例，饱和电抗器在通流支路电流过流点之前，从饱和状态转变为不饱和状态，电感值变大，降低了电流过零前的下降速率，从而能够实现机械开关的可靠熄弧。

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。

图1示出根据本申请示例实施例的一种电流关断装置的结构框图。

图2示出根据本申请示例实施例的一种电流关断装置的电路结构示意图。

图3示出根据本申请示例实施例的另一种电流关断装置的电路结构示意图。

图4示出根据本申请示例实施例的另一种电流关断装置的电路结构示意图。

图5示出根据本申请示例实施例的另一种电流关断装置的电路结构示意图。

图6a示出本申请示例实施例的一种具有旁路功能的有源电力电子模块的电路结构示意图。

图6b示出本申请示例实施例的另一种具有旁路功能的有源电力电子模块的电路结构示意图。

图6c示出本申请示例实施例的另一种具有旁路功能的有源电力电子模块的电路结构示意图。

图7a示出根据本申请示例实施例的一种具有隔离功能的有源电力电子模块的电路结构示意图。

图7b示出根据本申请示例实施例的一种具有隔离功能的有源电力电子模块的电路结构示意图。

图7c示出根据本申请示例实施例的一种具有隔离功能的有源电力电子模块的电路结构示意图。

图8示出根据本申请示例实施例的一种电流关断模块结构框图。

图9示出根据本申请示例实施例的一种控制方法流程图。

图10a示出根据本申请示例实施例的电流流向示意图。

图10b示出根据本申请示例实施例的另一电流流向示意图。

图10c示出根据本申请示例实施例的另一电流流向示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置或操作等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

下面结合附图，对根据本申请的具体实施例进行详细说明。

图1示出根据本申请示例实施例的一种电流关断装置的结构框图，图如1所示的电流关断装置包括通流支路1、转移支路2和耗能支路3。

根据本申请的实施例，通流支路1与转移支路2并联连接，耗能支路3与通流支路1并联连接。

根据本申请的另一些实施例，转移支路2由振荡电容器和有源电力电子单元串联构成。通流支路1与转移支路2并联连接，耗能支路3与转移支路2的振荡电容器并联连接。

根据一些实施例，通流支路1由机械开关与饱和电抗器串联构成。

根据一些实施例，转移支路2中的有源电力电子单元由至少一个具有旁路功能的有源电力电子模块串联构成。其中，具有旁路功能的有源电力电子模块包括电力电子开关、电压源和旁路开关。

根据另一些实施例，转移支路2的有源电力电子单元由由至少一个具有隔离功能的有源电力电子模块并联构成。其中，具有隔离功能的有源电力电子模块包括电力电子开关、隔离开关和电压源。

根据申请的实施例，耗能支路由一个或多个避雷器串并联构成。

在此需要说明的是，转移支路2中的有源电力电子单元的电力电子开关由至少一级功率半导体器件串联构成。功率半导体器件包括全控型功率半导体器件或半控型功率半导体器件，其中，全控型功率半导体器件为IGBT、IEGT、IGCT、MOSFET、GTO中的一种或任意组合，半控型功率半导体器件为晶闸管。

转移支路2中的有源电力电子单元的电压源为预充电电容器或储能蓄电池或交流整流电源。为了保护电压源，防止在电流关断过程中出现过压损坏，根据一些实施例，可在其两端并联过电压措施，例如，设置避雷器或撬棒(chopper)电路。

通流支路1中的机械开关由一个或多个机械开关串并联构成，例如，快速型快速开关或采用电磁斥力或永磁或爆炸原理的机械开关。根据一些实施例，当多个快速开关串联时，在每个快速开关旁边并联RC回路以提高均压性能。

通流支路1中的饱和电抗器由一个或多个饱和电抗器串并联构成。例如，在饱和状态下，饱和电抗器的值为几个或几十个uH，在不饱和状态下，饱和电抗器的值为上百个uH。由于关断故障电流时，饱和电抗器限制了过零点前的di/dt，增加了机械开关过零熄弧关断的可靠性。

转移支路2中的振荡电容器由一个或多个电容器串并联构成，振荡电容器的值通常为几个uf或十几个uf，耐压高、体积小。

根据图1所示的实施例，当电流关断装置分闸时，通过控制通流支路和转移支路内部元件的运行状态，使得转移支路产生与故障电流幅值电流相等、方向相反的振荡电流，从而使得通流支路可靠关断，克服了机械开关重燃风险大、小电流关断时间长、与系统振荡显著以及设备成本高的问题，有利于在交直流输配电系统的大规模推广应用。

根据另一些实施例，通流支路仅包括机械开关和饱和电抗器，通流损耗低且不需要水冷；转移支路的有源电力电子单元采用有源振荡升压原理，提升反向注入电流幅值。同时，利用至少一个具有旁路功能的有源电力电子模块串联构成有源电力电子单元，为有源电力电子模块配置了冗余，显著提高了设备经济性和可靠性。

根据另一些实施例，转移支路的振荡电容器为脉冲电容，耐受电压高、容值为uF级，小电流关断时间显著减少，同时降低了电容体积和成本。

根据另一些实施例，饱和电抗器在通流支路电流过流点之前，从饱和状态转变为不饱和状态，电感值变大，降低了电流过零前的下降速率，从而能够实现机械开关的可靠熄弧。

图2示出根据本申请示例实施例的一种电流关断装置的电路结构示意图，如图2所示的电流关断装置包括通流支路1、转移支路2和耗能支路3。其中，通流支路1与转移支路2并联连接，通流支路1由机械开关11与饱和电抗器12串联构成，转移支路2由振荡电容器21和有源电力电子单元22串联构成，耗能支路3转移支路2的振荡电容器21并联连接，有源电力电子单元由至少一个具有旁路功能的有源电力电子模块22串联构成。

图3示出根据本申请示例实施例的另一种电流关断装置的电路结构示意图，如图3所示的电流关断装置包括通流支路1、转移支路2和耗能支路3。其中，通流支路1与转移支路2并联连接，通流支路1由机械开关11与饱和电抗器12串联构成，转移支路2由振荡电容器21和有源电力电子单元串联构成，耗能支路3与通流支路1并联连接，有源电力电子单元由至少一个具有旁路功能的有源电力电子模块22串联构成。

图4示出根据本申请示例实施例的另一种电流关断装置的电路结构示意图，如图4所示的电流关断装置包括通流支路1、转移支路2和耗能支路3。其中，通流支路1与转移支路2并联连接，通流支路1由机械开关11与饱和电抗器12串联构成，转移支路2由振荡电容器21和有源电力电子单元2串联构成，耗能支路3与转移支路2的振荡电容器21并联连接，有源电力电子单元由至少一个具有隔离功能的有源电力电子模块22并联构成。

图5示出根据本申请示例实施例的另一种电流关断装置的电路结构示意图，如图5所示的电流关断装置包括通流支路1、转移支路2和耗能支路3。其中，通流支路1与转移支路2并联连接，通流支路1由机械开关11与饱和电抗器12串联构成，转移支路2由振荡电容器21和有源电力电子单元串联构成，耗能支路3与通流支路1并联连接，有源电力电子单元由至少一个具有隔离功能的有源电力电子模块22并联构成。

图6a示出本申请示例实施例的一种具有旁路功能的有源电力电子模块的电路结构示意图，如图6a所示的有源电力电子模块包括电力电子开关、旁路开关和电压源。其中，电力电子开关包括第一电力电子开关和第二电力电子开关，旁路开关包括第一旁路开关，电压源包括第一电压源。

如图6a所示，第一电力电子开关的正极与第一电压源的正极连接，第一电力电子开关的负极与第二电力电子开关的正极连接后引出外接线，第二电力电子开关的负极与第一电压源的负极连接后引出外接线，第一旁路开关并联连接于两个引出外接线之间。

图6b示出本申请示例实施例的另一种具有旁路功能的有源电力电子模块的电路结构示意图，如图6b所示的有源电力电子模块包括电力电子开关、旁路开关和电压源。其中，电力电子开关包括第三电力电子开关、第四电力电子开关、第五电力电子开关和第六电力电子开关，旁路开关包括第二旁路开关，电压源包括第二电压源。

如图6b所示，第三电力电子开关的正极分别与第五电力电子开关的正极及第二电压源的正极连接，第三电力电子开关的负极与第四电力电子开关的正极连接后引出外接线，第四电力电子开关的负极分别与第六电力电子开关的负极及第二电压源的负极连接，第五电力电子开关的负极与第六电力电子开关的正极连接后引出外接线，第二旁路开关并联连接于两个引出外接线之间。

图6c示出本申请示例实施例的另一种具有旁路功能的有源电力电子模块的电路结构示意图，如图6c所示的有源电力电子模块包括电力电子开关、旁路开关和电压源。其中，电力电子开关包括第七电力电子开关和第八电力电子开关，旁路开关包括第三旁路开关，电压源包括第三电压源及第四电压源。

如图6c所示，第七电力电子开关的正极与第三电压源的正极连接，第七电力电子开关的负极与第八电力电子开关的正极连接后引出外接线，第八电力电子开关的负极与第四电压源的负极连接，第三电压源的负极与第四电压源的正极连接后引出外接线，第三旁路开关并联连接于两个引出外接线之间。

根据本申请的实施例，图6a-图6c所示的具有旁路功能的有源电力电子模块的工作模式包括退出模式和投入模式。在退出模式下，旁路开关闭合；在投入模式下，旁路开关打开。如图2-图5所示的电流关断装置，为了提高电流关断装置的可靠性，其转移支路的有源电力电子单元模块配置有冗余模块，例如，为转移支路配置多个有源电力电子模块。当有源电力电子模块发生故障时，将发生故障的有源电力电子模块由投入模式转为退出模式，同时，启用其他任一一个有源电力电子模块转入投入模式。

图7a示出根据本申请示例实施例的一种具有隔离功能的有源电力电子模块的电路结构示意图，如图7a所示的有源电力电子模块包括电力电子开关、隔离开关和电压源。其中，电力电子开关包括第九电力电子开关和第十电力电子开关，隔离开关包括第一隔离开关，电压源包括第五电压源。

如图7a所示，第九电力电子开关的正极与第五电压源的正极连接，第九电力电子开关的负极分别与第十电力电子开关的正极及第一隔离开关的第一端连接，第一隔离开关的第二端引出外接线，第十电力电子开关的负极与第五电压源的负极连接后引出外接线。

图7b示出根据本申请示例实施例的一种具有隔离功能的有源电力电子模块的电路结构示意图，如图7b所示的有源电力电子模块包括电力电子开关、隔离开关和电压源。其中，电力电子开关包括第十一电力电子开关、第十二电力电子开关、第十三电力电子开关和第十四电力电子开关，隔离开关包括第二隔离开关，电压源包括第六电压源。

如图7b所示，第十一电力电子开关的正极分别与第十三电力电子开关的正极及第六电压源的正极连接，第十一电力电子开关的负极与第十二电力电子开关的正极连接后引出外接线，第十二电力电子开关的负极分别与第十四电力电子开关的负极及第六电压源的负极连接，第十三电力电子开关的负极分别与第十四电力电子开关的正极及第二隔离开关的第一端连接，第二隔离开关的第二端引出外接线。

图7c示出根据本申请示例实施例的一种具有隔离功能的有源电力电子模块的电路结构示意图，如图7c所示的有源电力电子模块包括电力电子开关、隔离开关和电压源。其中，电力电子开关包括第十五电力电子开关和第十六电力电子开关，隔离开关包括第三隔离开关，电压源包括第七电压源和第八电压源。

如图7c所示，第十五电力电子开关的正极与第七电压源的正极连接，第十五电力电子开关的负极与第十六电力电子开关的正极连接后引出外接线，第十六电力电子开关的负极与第八电压源的负极连接，第七电压源的负极分别与第八电压源的正极及第三隔离开关的第一端连接，第三隔离开关的第二端引出外接线。

根据本申请的实施例，图7a-7c中的具有隔离功能的有源电力电子模块的工作模式包括退出模式和投入模式。在退出模式下，隔离开关打开；在投入模式下，隔离开关闭合。

如图2-图5所示的电流关断装置，为了提高电流关断装置的可靠性，其转移支路的有源电力电子单元模块配置有冗余模块，例如，为转移支路配置多个有源电力电子模块。当有源电力电子模块发生故障时，将发生故障的有源电力电子模块由投入模式转为退出模式，同时，启用其他任一一个有源电力电子模块转入投入模式。

根据本申请的一些实施例，根据一些实施例，第一电力电子开关、第二电力电子开关、第三电力电子开关、第四电力电子开关、第五电力电子开关、第六电力电子开关、第七电力电子开关、第八电力电子开关、第九电力电子开关、第十电力电子开关、第十一电力电子开关、第十二电力电子开关、第十三电力电子开关、第十四电力电子开关、第十五电力电子开关、第十六电力电子开关均由至少一级功率半导体器件串联构成，其中，功率半导体器件包括全控型功率半导体器件或半控型功率半导体器件。

根据一些实施例，全控型功率半导体器件为IGBT、IEGT、IGCT、MOSFET、GTO中的一种或任意组合，半控型功率半导体器件为晶闸管。

根据本申请的一些实施例，第一电压源、第二电压源、第三电压源、第四电压源、第五电压源、第六电压源、第七电压源和第八电压源为预充电电容器或储能蓄电池或交流整流电源。

为了保护电压源，防止在电流关断过程中出现过压损坏，根据一些实施例，在电压源的两端并联过电压措施，如避雷器或撬棒(Chopper,也称为撬棒)电路。

根据本申请的实施例，机械开关由一个或多个机械开关串并联构成。机械开关通常为快速型快速开关，也可采用电磁斥力或永磁或爆炸等原理机械开关。

根据一些实施例，当多个快速开关串联时，在每个快速开关旁边并联RC回路以提高均压性能。

根据本申请的实施例，饱和电抗器由一个或多个饱和电抗器串并联构成。根据一些实施例，在饱和状态下，饱和电抗器的值为几个或几十个uH；在不饱和状态下，饱和电抗器的值为上百个uH。在关断故障电流时，饱和电抗器限制了过零点前的di/dt，增加了机械开关过零熄弧关断的可靠性。

根据本申请的实施例，振荡电容器由一个或多个电容器串并联构成，振荡电容器的值通常为几个uf或十几个uf，耐压高、体积小。

根据本申请的实施例，耗能支路由一个或多个避雷器串并联构成。

图8示出根据本申请示例实施例的一种电流关断模块结构框图，如图8所示的电流关断模块包括至少两个如前任一所述的电流关断装置，且至少两个所述的电流关断装置串联连接。

根据本申请的实施例，图8所示的电流关断模块应用于中高压系统，采用图8所示的串联连接的至少两个电流关断装置实现了根据应用环境的灵活扩展。

图9示出根据本申请示例实施例的一种控制方法流程图，根据本申请的示例实施例，图9所示的控制方法用于控制如前任一所述的电流关断装置。

图10a-图10c示出根据本申请示例实施例的电流流向示意图。下面结合图10a-图10c，对图9所示的控制方法进行详细说明。

在步骤S901,电流关断装置接收指令。

当电力系统未发生故障时，根据本申请的实施例，响应于电力系统的正常工作指令，执行步骤S903，电流关断装置处于初始状态合位，也即电流流过通流支路，通流支路的机械开关处于闭合状态、饱和电抗器工作于饱和区域，转移支路的投入模式中的有源电力电子模块处于闭锁状态或切除状态。

当电力系统发生故障时，电流关断装置收到分闸指令。根据本申请的另一些实施例，电流关断装置响应于电力系统发生故障时收到的分闸指令，执行步骤S905，打开通流支路的机械开关，电流流向图如图10a所示。

在步骤S907，当机械开关分开至绝缘分位时，触发转移支路的有源电力电子单元输出单脉冲或多脉冲方波电压。有源电力电子单元输出的电压激励振荡电容器和饱和电抗器振荡，使得转移支路产生与故障电流幅值电流相等、方向相反的振荡电流，振荡电流使得机械开关出现过零点关断。在机械开关电流出现过零点前，饱和电抗器工作于不饱和区，较大的电感值限制了机械开关电流过零的下降率，提高了机械开关熄弧关断的可靠性，电流流向如图10b所示。

在步骤S909,故障电流开始给转移支路的振荡电容器充电，当振荡电容器电压大于耗能支路的残压时，例如，耗能支路的避雷器的残压，故障电流开始转移至耗能支路并耗散至零，电流流向如图10c所示，分闸成功并结束分闸操作。

根据本申请的实施例，在步骤S907中，当电流关断装置用于负荷开关时，通常关断负荷电流较小，有源电力电子单元输出单脉冲电压，脉冲频率与振荡电容和饱和电抗器饱和状态下电感值的谐振频率相近，产生的单脉冲电流峰值大于负荷电流幅值。

根据另一些实施例，在步骤S907中，当电流关断装置用于断路器时，通常关断故障电流较大，有源电力电子单元输出多脉冲方波电压，脉冲频率与振荡电容和饱和电抗器饱和状态下电感值的谐振频率相近，多次振荡产生的不断增大的电流峰值大于故障电流幅值。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (9)

1.一种电流关断装置，其特征在于，包括通流支路、转移支路和耗能支路，其中，

所述通流支路与所述转移支路并联连接；

所述通流支路由机械开关与饱和电抗器串联构成；

所述转移支路由振荡电容器和有源电力电子单元串联构成；

所述耗能支路与所述转移支路的所述振荡电容器并联连接，或与所述通流支路并联连接。

2.如权利要求1所述的电流关断装置，其特征在于，所述有源电力电子单元由至少一个具有旁路功能的有源电力电子模块串联构成，其中，

所述具有旁路功能的有源电力电子模块包括电力电子开关、电压源和旁路开关，其中，所述电力电子开关包括第一电力电子开关和第二电力电子开关，所述旁路开关包括第一旁路开关，所述电压源包括第一电压源，所述第一电力电子开关的正极与所述第一电压源的正极连接，所述第一电力电子开关的负极与所述第二电力电子开关的正极连接后引出外接线，所述第二电力电子开关的负极与第一电压源的负极连接后引出外接线，所述第一旁路开关并联连接于两个引出外接线之间；或

所述具有旁路功能的有源电力电子模块包括电力电子开关、第二电压源和旁路开关，其中，所述电力电子开关包括第三电力电子开关、第四电力电子开关、第五电力电子开关和第六电力电子开关，所述旁路开关包括第二旁路开关，所述电压源包括第二电压源，所述第三电力电子开关的正极分别与所述第五电力电子开关的正极及所述第二电压源的正极连接，所述第三电力电子开关的负极与所述第四电力电子开关的正极连接后引出外接线，所述第四电力电子开关的负极分别与所述第六电力电子开关的负极及所述第二电压源的负极连接，所述第五电力电子开关的负极与所述第六电力电子开关的正极连接后引出外接线，所述第二旁路开关并联连接于两个引出外接线之间；或

所述具有旁路功能的有源电力电子模块包括电力电子开关、电压源和旁路开关，其中，所述电力电子开关包括第七电力电子开关和第八电力电子开关，所述旁路开关包括第三旁路开关，所述电压源包括第三电压源和第四电压源，所述第七电力电子开关的正极与所述第三电压源的正极连接，所述第七电力电子开关的负极与所述第八电力电子开关的正极连接后引出外接线，所述第八电力电子开关的负极与所述第四电压源的负极连接，所述第三电压源的负极与所述第四电压源的正极连接后引出外接线，所述第三旁路开关并联连接于两个引出外接线之间。

3.如权利要求2所述的电流关断装置，其特征在于，所述具有旁路功能的有源电力电子模块的工作模式包括退出模式和投入模式，其中，

在所述退出模式下，所述有源电力电子模块的旁路开关闭合；

在所述投入模式下，所述有源电力电子模块的旁路开关打开。

4.如权利要求1所述的电流关断装置，其特征在于，所述有源电力电子单元由至少一个具有隔离功能的有源电力电子模块并联构成，其中，

所述具有隔离功能的有源电力电子模块包括电力电子开关、隔离开关和电压源，其中，所述电力电子开关包括第九电力电子开关和第十电力电子开关，所述隔离开关包括第一隔离开关，所述电压源包括第五电压源，所述第九电力电子开关的正极与所述第五电压源的正极连接，所述第九电力电子开关的负极分别与所述第十电力电子开关的正极及所述第一隔离开关的第一端连接，所述第一隔离开关的第二端引出外接线，所述第十电力电子开关的负极与第五电压源的负极连接后引出外接线；或

所述具有隔离功能的有源电力电子模块包括电力电子开关、隔离开关和电压源，其中，所述电力电子开关包括第十一电力电子开关、第十二电力电子开关、第十三电力电子开关和第十四电力电子开关，所述隔离开关包括第二隔离开关，所述电压源包括第六电压源，所述第十一电力电子开关的正极分别与所述第十三电力电子开关的正极及所述第六电压源的正极连接，所述第十一电力电子开关的负极与所述第十二电力电子开关的正极连接后引出外接线，所述第十二电力电子开关的负极分别与所述第十四电力电子开关的负极及所述第六电压源的负极连接，所述第十三电力电子开关的负极分别与所述第十四电力电子开关的正极及所述第二隔离开关的第一端连接，所述第二隔离开关的第二端引出外接线；或

所述具有隔离功能的有源电力电子模块包括电力电子开关、隔离开关和电压源，其中，所述电力电子开关包括第十五电力电子开关和第十六电力电子开关，所述隔离开关包括第三隔离开关，所述电压源包括第七电压源和第八电压源，所述第十五电力电子开关的正极与所述第七电压源的正极连接，所述第十五电力电子开关的负极与所述第十六电力电子开关的正极连接后引出外接线，所述第十六电力电子开关的负极与所述第八电压源的负极连接，所述第七电压源的负极分别与所述第八电压源的正极及所述第三隔离开关的第一端连接，所述第三隔离开关的第二端引出外接线。

5.如权利要求4所述的电流关断装置，其特征在于，所述具有隔离功能的有源电力电子模块的工作模式包括退出模式和投入模式，其中，

在所述退出模式下，所述有源电力电子模块的隔离开关打开；

在所述投入模式下，所述有源电力电子模块的隔离开关闭合。

6.如权利要求1所述的电流关断装置，其特征在于，

所述机械开关由一个或多个机械开关串并联构成；和/或

所述饱和电抗器由一个或多个饱和电抗器串并联构成；和/或

所述振荡电容器由一个或多个电容器串并联构成；和/或

所述耗能支路由一个或多个避雷器串并联构成。

7.如权利要求2-3任一所述的电流关断装置，其特征在于，

所述第一电力电子开关、第二电力电子开关、第三电力电子开关、第四电力电子开关、第五电力电子开关、第六电力电子开关、第七电力电子开关、第八电力电子开关均由至少一级功率半导体器件串联构成，所述功率半导体器件包括全控型功率半导体器件或半控型功率半导体器件，所述全控型功率半导体器件为IGBT、IEGT、IGCT、MOSFET、GTO中的一种或任意组合，所述半控型功率半导体器件为晶闸管；和/或

所述第一电压源、第二电压源、第三电压源、第四电压源为预充电电容器，或储能蓄电池，或交流整流电源。

8.如权利要求4-5任一所述的电流关断装置，其特征在于，

所述第九电力电子开关、所述第十电力电子开关、所述第十一电力电子开关、第十二电力电子开关、第十三电力电子开关、第十四电力电子开关、第十五电力电子开关和所述第十六电力电子开关均由至少一级功率半导体器件串联构成，所述功率半导体器件包括全控型功率半导体器件或半控型功率半导体器件，所述全控型功率半导体器件为IGBT、IEGT、IGCT、MOSFET、GTO中的一种或任意组合，所述半控型功率半导体器件为晶闸管；和/或

所述第五电压源、所述第六电压源、所述第七电压源和所述第八电压源为预充电电容器，或储能蓄电池，或交流整流电源。

9.一种电流关断模块，其特征在于，所述电流关断模块包括至少两个如权利要求1-7任一所述的电流关断装置，且所述电流关断装置串联连接。

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