本實(shí)用新型屬于開關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是混合式直流斷路器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的直流斷路器中主要采用的是自然換流型限流式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)的混合直流斷路器中傳入限流回路抑制故障電流上升速率，并在固態(tài)開關(guān)支路部分采用IGBT閥組與晶閘管閥串聯(lián)的復(fù)合結(jié)構(gòu)來切除斷路故障，形成主拓?fù)?。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比較，所提出的斷路器在固態(tài)開關(guān)支路采用IGBT與晶閘管相串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，一方面利用IGBT作為全控型器件控制精確、關(guān)斷速度快等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了固態(tài)開關(guān)支路控制的錄活性，并且保證了固態(tài)開關(guān)的關(guān)斷速度；另一方面利用晶閘管(SCR)適用于大功率領(lǐng)域、耐壓耐流水平高于IGBT，制作工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低，控制線路成熟，串入固態(tài)開關(guān)支路中節(jié)省成本。

但是，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在一定缺陷：(1)由于園態(tài)開關(guān)支路采用不同類型電力電子器件，晶閘管的導(dǎo)通(速度小于IGBT閥組)使得固態(tài)開關(guān)支路的導(dǎo)通速度相對(duì)降低，在一定程度上制約了斷路器速動(dòng)性。(2)晶閘管屬于脈沖電流驅(qū)動(dòng)器件，IGBT屬于電壓型口極驅(qū)動(dòng)器件，兩種類型的驅(qū)動(dòng)電媛無法?；?qū)動(dòng)一致性，增加了驅(qū)動(dòng)復(fù)雜程度；兩種器件閥組動(dòng)作速度不一致，不在同一數(shù)量綴，需要緩沖巧收回路進(jìn)行保護(hù)，對(duì)緩沖電容容值有很高要求，在高壓情況下增加了設(shè)備體巧，提高了成本，難以實(shí)現(xiàn)。(3)化類斷路器跟傳統(tǒng)自然換流型斷路器一樣，依靠機(jī)械開關(guān)分間產(chǎn)生的電弧電壓來為固態(tài)開關(guān)支路提供正向?qū)▔航?，機(jī)械開關(guān)需要具備滅弧能為，使設(shè)備質(zhì)量增加，動(dòng)作速度降低，使用壽命減少；機(jī)械開關(guān)分閘時(shí)將會(huì)在遠(yuǎn)高于線路正常工作電流的情況下進(jìn)行，不僅延長(zhǎng)了短路故障切除時(shí)間，同時(shí)降低了換流過程的可靠性，對(duì)于機(jī)械開關(guān)的選擇更加嚴(yán)苛。

現(xiàn)有的直流斷路器中只是將IGBT器件進(jìn)行簡(jiǎn)單的串并聯(lián)，由于器件自身參數(shù)(極間電容、雜散電感等)和驅(qū)動(dòng)電路參數(shù)(吸收電容、柵極電阻、驅(qū)動(dòng)信號(hào)延時(shí)等)的不一致，將導(dǎo)致牽聯(lián)分壓和并聯(lián)均流不均，造成部分器件過壓損壞或者過流損壞，因而必須采用合適的均壓均流電路以保障固態(tài)開關(guān)不受損壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供混合式直流斷路器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：

本實(shí)用新型涉及混合式直流斷路器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括依次串聯(lián)連接的交流系統(tǒng)1、AC/DC轉(zhuǎn)換器、機(jī)械開關(guān)支路、限流電路、DC/AC轉(zhuǎn)換器，交流系統(tǒng)2，還包括并聯(lián)在機(jī)械開關(guān)支路兩端的IGBT支路，其特征在于，所述機(jī)械開關(guān)支路包括機(jī)械開關(guān)S和與機(jī)械開關(guān)串聯(lián)的電感L1，電感L1兩端并聯(lián)晶閘管DL1、DL2，限流電路由限流電感L2并聯(lián)晶閘管DL3、DL4組成，所述IGBT支路由若干IGBT閥串聯(lián)而成，每個(gè)IGBT閥的兩端并聯(lián)一組均壓電路，IGBT閥組的干路上設(shè)有均流電路。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步方案，所述電感L1的內(nèi)電阻R1遠(yuǎn)小于限流電感L2的內(nèi)電阻R2。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步方案，所述機(jī)械開關(guān)采用高速斥力開關(guān)。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步方案，所述高速斥力開關(guān)為永磁系統(tǒng)和電磁斥力耦合的開關(guān)結(jié)構(gòu)。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步方案，所述高速斥力開關(guān)包括永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)、電磁斥力機(jī)構(gòu)、觸頭彈簧、真空滅弧室觸頭、絕緣拉桿、分閘彈簧、緩沖器，真空滅弧室觸頭通過觸頭彈簧連接到絕緣拉桿的一端，絕緣拉桿的另一端與驅(qū)動(dòng)桿相連，驅(qū)動(dòng)桿穿過電磁斥力機(jī)構(gòu)中的金屬盤，與永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)中的動(dòng)鐵芯相連，動(dòng)鐵芯和永磁體安裝在靜鐵芯的內(nèi)部，驅(qū)動(dòng)桿的底部設(shè)有緩沖器，驅(qū)動(dòng)桿上安裝有分閘彈簧。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步方案，所述均壓電路包括靜態(tài)均壓電阻Rs、均壓電容Cs、限流電阻R_B，靜態(tài)均壓電阻Rs并聯(lián)二極管與均壓電容Cs的串聯(lián)電路，二極管的兩端并聯(lián)限流電路R_B。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步方案，所述均流電路采用耦合變壓器進(jìn)行電流耦合，兩條支路的IGBT閥組的輸出端分別接入耦合變壓器的異名端。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的積極效果是：

1.本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，機(jī)械開關(guān)采用高速斥為開關(guān)導(dǎo)通正常電流，降低通態(tài)損耗，縮短斷路器開斷時(shí)間；小電感L1遠(yuǎn)小于限流電感L2，僅在短路故障發(fā)生瞬時(shí)提供固態(tài)開關(guān)的導(dǎo)通電壓，保證固態(tài)開關(guān)無延時(shí)導(dǎo)通，使短路電流快速換流至IGBT支路，確保機(jī)械開關(guān)在低斷口電壓下分閘：晶閘管D_L1、D_L2在換流過程中用以快速釋放儲(chǔ)存的能量，避免其在換流過程中產(chǎn)生阻礙換流的反向電壓，同時(shí)遏制了機(jī)械開關(guān)分閘所承受的由壓(固態(tài)開關(guān)導(dǎo)通壓降加上小電感反向電壓)；均壓、均流電路用于均衡各個(gè)IGBT器件上承受的電壓和電流；限流電感L2在正常合間過程中抑制電流上升，起到緩沖作用，在線路正常運(yùn)行時(shí)抑制直流紋波，在短路故障時(shí)限制短路電流上升；晶閘管D_L3、D_L4用以釋放切斷故障后電感L2儲(chǔ)存的能量。限壓閥并聯(lián)在固態(tài)開關(guān)兩端，能夠吸收切斷直流電路時(shí)的操作過電壓及正常運(yùn)行過程中的雷擊過電壓)，保護(hù)開關(guān)器件，提高安全性。

附圖說明

圖1是自然換流型限流式直流斷路器主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖2是本實(shí)用新型所述的混合式直流斷路器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖3是故障開斷過程圖1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的機(jī)械開關(guān)支路與圖2拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的機(jī)械開關(guān)支路電流對(duì)比波形圖；

圖4是所述高速斥力開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是所述均壓電路、均流電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖6是所述耦合變壓器繞線結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖4中的標(biāo)記分別是：1.真空滅弧室觸頭；2.絕緣拉桿；3.觸頭彈簧；4.斥力系統(tǒng)線圈；5.斥力系統(tǒng)金屬盤；6.永磁體；7.永磁系統(tǒng)線圈；8.動(dòng)鐵芯；9.靜鐵芯；10.分閘彈簧；11.緩沖器。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)新特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。

混合式直流斷路器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括依次串聯(lián)連接的交流系統(tǒng)1、AC/DC轉(zhuǎn)換器、機(jī)械開關(guān)支路、限流電路、DC/AC轉(zhuǎn)換器，交流系統(tǒng)2，還包括并聯(lián)在機(jī)械開關(guān)支路兩端的IGBT支路，其特征在于，所述機(jī)械開關(guān)支路包括機(jī)械開關(guān)S和與機(jī)械開關(guān)串聯(lián)的電感L1，電感L1兩端并聯(lián)晶閘管DL1、DL2，限流電路由限流電感L2并聯(lián)晶閘管DL3、DL4組成，所述IGBT支路由若干IGBT閥串聯(lián)而成，每個(gè)IGBT閥的兩端并聯(lián)一組均壓電路，IGBT閥組的干路上設(shè)有均流電路。

根據(jù)直流輸(配)電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行需要，直流潮流可分為正反2個(gè)方向：當(dāng)潮流正向時(shí)，晶閘管DL1和DL3導(dǎo)通，DL2和DL4關(guān)斷，潮流反向時(shí)，晶閘管DL1和DL3關(guān)斷，DL2和DL4導(dǎo)通。

如圖3所示，t₁時(shí)刻發(fā)生短路故障，t₂時(shí)刻系統(tǒng)檢測(cè)到故障并給開關(guān)發(fā)送導(dǎo)通信號(hào)，t₃時(shí)刻機(jī)械開關(guān)開始分閘動(dòng)作，i_n為線路正常工作電流。在圖1的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，機(jī)械開關(guān)支路不帶電感L1，t₂時(shí)刻由于固態(tài)開關(guān)未導(dǎo)通，電流將持續(xù)上升到i₂，t₃時(shí)刻機(jī)械開關(guān)開始分閘動(dòng)作，直到t₅時(shí)刻機(jī)械開關(guān)建立足夠燃弧電阻后換流，才逐漸下降至0；而在圖2的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，機(jī)械開關(guān)支路中帶有電感L1，忽略IGBT的動(dòng)作時(shí)間，電感L1上產(chǎn)生的正向電壓使凸臺(tái)開關(guān)瞬時(shí)導(dǎo)通，一部分短路電通過IGBT支路，Vce＝Vq+L1(di/dt)，其中Vce為IGBT支路的通泰壓降，Vq為機(jī)械開關(guān)兩端電壓，此時(shí)機(jī)械開關(guān)還未動(dòng)作，Vq為0,機(jī)械開關(guān)支路電流在電感L1作用下略微上升。t₃時(shí)刻機(jī)械開關(guān)一開始分閘動(dòng)作，使Vce＝Vq(即機(jī)械開關(guān)微弧拉開)，根據(jù)L1(di/dt)＝0，機(jī)械開關(guān)電流不再上升，保持在i₁水平(略高于i_n)，并于i₄時(shí)刻逐漸降為0，換流時(shí)間較圖1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的換流時(shí)間節(jié)省了⊿t。

如圖4所示，在直流斷路器正常工作狀態(tài)下的分、合閘操作情況下，高速斥力開關(guān)采用永磁系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)直流開斷，同時(shí)依靠該系統(tǒng)進(jìn)行分、合閘狀態(tài)的保持。而電磁斥力結(jié)構(gòu)則是用做短路開斷過程，具體方式如下：

(1)高速斥力開關(guān)合閘動(dòng)作：通過永磁系統(tǒng)線圈放電產(chǎn)生的磁場(chǎng)，與永磁體磁場(chǎng)方向想通，增加磁場(chǎng)吸引力，使得機(jī)械開關(guān)動(dòng)作，分閘彈簧儲(chǔ)存彈性勢(shì)能，最后由永磁體磁力提供合閘位置的保持。

(2)正常分閘操作：通過永磁系統(tǒng)線圈放電產(chǎn)生的磁場(chǎng)，與永磁體磁場(chǎng)方向相反，降低了原有狀態(tài)保持力，使得分閘彈簧動(dòng)作，作為動(dòng)力開始分閘，最后通過彈簧彈力來提供分閘狀態(tài)的保持。

(3)短路故障開斷：短路故障發(fā)生以后，通過斥力機(jī)械線圈放電，產(chǎn)生的斥力克服合閘狀態(tài)保持力，迅速合成斥力開關(guān)的分閘動(dòng)作，最后由分閘彈簧的彈力提供分閘位置狀態(tài)的保持。

如圖5所示，均壓電路中，電阻Rs用于靜態(tài)均壓，即Rs遠(yuǎn)小于IGBT關(guān)斷電阻，阻斷時(shí)，IGBT上的電壓分布就主要取決于Rs的大小，所有Rs取相同值就能實(shí)現(xiàn)靜電電壓均衡，一般取Rs的值為IGBT關(guān)斷電阻的1/10。IGBT兩端并聯(lián)的電路用于動(dòng)態(tài)均壓，當(dāng)同一支路中一個(gè)IGBT先關(guān)斷時(shí)，由于電容兩端的電壓不會(huì)突變，先關(guān)斷IGBT的電流將會(huì)立刻換流到均壓電容Cs上，使電壓緩慢上升，當(dāng)各個(gè)均壓電路參數(shù)選取一致時(shí)，就能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均衡電壓的作用。電阻R_B用于限制開關(guān)合閘時(shí)均壓電容的放電電流，避免造成過流損壞IGBT器件。

均流電路是采用變壓器進(jìn)行電流耦合的，以圖6所示為例，2條不同IGBT支路i₁、i₂從異名端接入，當(dāng)通過鐵芯的2條支路中電流變化趨勢(shì)相同時(shí)，線圈中產(chǎn)生的磁通相互抵消，不產(chǎn)生感應(yīng)電壓，2條支路正常通流，且電流相等；當(dāng)2條支路電流變化趨勢(shì)不同時(shí)，變化較快的支路在鐵芯中產(chǎn)生的磁通大于另一條支路，由電磁感應(yīng)定律可得，感應(yīng)產(chǎn)生的電壓抑制前者的電流上升，促進(jìn)后者電流變化，使2條支路達(dá)到靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的均流效果。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實(shí)用新型不限于上述示范性的實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實(shí)用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實(shí)用新型內(nèi)，不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。