一種使線路雙向電流分斷的裝置及其控制方法
2023-09-11 04:39:40
一種使線路雙向電流分斷的裝置及其控制方法
【專利摘要】本發明公開一種使線路雙向電流分斷的裝置，包括分斷電流支路和通態電流支路；其中，分斷電流支路包括一個非線性電阻和一個第一功率半導體器件的並聯連接，或一個非線性電阻和至少兩個相互串聯的第一功率半導體器件的並聯連接；通態電流支路包括至少一個雙向功率半導體開關和至少一個高速隔離開關的串聯連接；所述裝置還包括橋式支路，所述橋式支路包括由4條完全相同的換向支路所構成的兩條橋臂，各換向支路均包括至少一個第二功率半導體器件的串聯連接。此裝置在保證足夠快的分斷速度和低損耗的前提下，大大降低裝置的成本，減小裝置器件布局、安裝及布線的難度。本發明還公開一種該裝置的控制方法。
【專利說明】—種使線路雙向電流分斷的裝置及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及使流經線路的雙向電流分斷的裝置，以及該裝置的控制方法。
【背景技術】
[0002]在多端直流輸電系統中，高壓直流斷路器是至關重要的設備之一。多端高壓直流輸電系統由於電壓等級高、線路阻抗小，一旦發生線路短路故障，將很快影響到直流輸電網絡和交流網絡，必須迅速切除故障。因此，高壓直流斷路器需要動作速度快，能夠最大限度的減小故障持續時間或抑制故障電流，減小故障對交/直流輸電網絡的衝擊。由於高壓直流斷路器串聯於輸電線路，除要求斷路器有較高的開斷電路的速度，還要求斷路器有儘量小的損耗。高壓直流輸電線路中潮流方向不確定，電流可能存在兩個方向，因此一般要求斷路器能夠分斷兩個方向的直流電流。
[0003]中國專利申請CN102780200A採用傳統高壓直流斷路器分斷直流電流，傳統高壓直流斷路器結構由三部分構成:交流斷路器、LC振蕩迴路和耗能元件。交流斷路器分開後產生電弧，電弧電壓與LC振蕩迴路發生諧振，當振蕩電流峰值達到直流電流幅值時可完全抵消直流電流，使斷路器埠出現過零點，促使電弧熄滅，實現關斷直流電流的目的。這種分斷方式可以分斷兩個方向的電流，且正常工作時損耗很小。但是，傳統高壓直流斷路器滅弧時間較長，約幾十毫秒，無法滿足快速隔離多端直流輸電系統故障的需求。
[0004]在歐洲專利EP0867998B1中提出了基於半導體器件的固態斷路器結構，由可關斷半導體器件組和耗能元件構成。可關斷半導體器件組由很多個低壓可關斷半導體元件串聯組成，由於可關斷半導體器件的分斷速度很快，為微秒級，該方式可以快速的關斷直流故障電流。但是，由於半導體器件組的通態壓降大，增加了輸電損耗、降低了輸電效率。
[0005]為滿足快速隔離直流故障電流並且保持較高的輸電效率，中國專利申請CN102687221A公開了一種使輸電線路或配電線路的電流斷路的裝置和方法以及限流布置。包括主斷路器、高速開關、輔助斷路器和非線性電阻耗能元件。正常工作模式下，線路電流流過輔助迴路，通態損耗小；故障模式下，電流換至主斷路器，最終由耗能元件吸收分斷能力。
[0006]該高壓直流斷路裝置關斷故障電流後主斷路器承受數百kV電壓，僅在一個電流方向上功率半導體器件串聯數目就已達到數百隻。由於功率半導體器件只能單方向導通，為了實現在兩個電流方向上都能夠關斷故障電流，該高壓直流斷路裝置中的主斷路器基本串聯單元採用了兩個功率半導體器件反串聯或反並聯結構，主斷路器的功率半導體器件數量增加了一倍，在第一電流方向分斷時，第二電流方向的功率半導體器件對分斷電流或承受電壓沒有有益作用，相當於主斷路器功率半導體器件的利用率只有50%。由於功率半導體器件的成本在該裝置總成本中佔有很大的比例，因此為了實現雙向電流的分斷功能，大大增加了裝置的成本。
[0007]主斷路器中第二電流方向的功率半導體器件的增加不但不會產生有益作用，第二電流方向的功率半導體器件反而會受到在第一電流方向關斷時產生的過壓和過流的不利影響。如果第二電流方向的功率半導體器件與第一電流方向的功率半導體器件採用反向並聯的方式連接，在第一電流方向關斷時的過電壓將施加在第二電流方向的功率半導體器件上，該電壓對於第二電流方向的功率半導體器件來說是反向電壓，會對器件造成損傷；如果採用第二電流方向的帶反並聯二極體的功率半導體器件與第一電流方向的帶反並聯二極體的功率半導體器件採用反向串聯的方式連接，在第一電流方向關斷過程中產生的很高的突變電流將流過第二電流方向的功率半導體器件中的續流二極體，會對器件的壽命造成不利影響。
[0008]增加的第二電流方向的功率半導體器件也會對主斷路器的結構設計及電氣設計造成不利的影響，第一電流方向的功率半導體器件的布置方向是一致的，使得電氣設計及結構設計具有一致性。第二電流方向的功率半導體器件的增加破壞了原有布置方向的一致性，導致對器件布局、安裝及布線的難度增加。
【發明內容】
[0009]本發明的目的是提出一種使線路雙向電流分斷的裝置及其控制方法，在保證足夠快的分斷速度和低損耗的前提下，大大降低裝置的成本，減小裝置器件布局、安裝及布線的難度。
[0010]為了達成上述目的，本發明採用的解決方案是:
[0011]一種使線路雙向電流分斷的裝置，包括分斷電流支路和通態電流支路；其中，分斷電流支路包括一個非線性電阻和一個第一功率半導體器件的並聯連接，或一個非線性電阻和至少兩個相互串聯的第一功率半導體器件的並聯連接；通態電流支路包括至少一個雙向功率半導體開關和至少一個第一高速隔離開關的串聯連接；
[0012]所述裝置還包括橋式支路，所述橋式支路包括由4條完全相同的換向支路所構成的兩條橋臂，各換向支路均包括至少一個第二功率半導體器件的串聯連接；所述4條換向支路兩兩一組同向串聯，所形成的兩條橋臂再進行並聯；
[0013]所述裝置的連接關係為以下4種中的任意一種:
[0014]a)所述裝置包括一條分斷電流支路、一條通態電流支路和一個橋式支路，所述通態電流支路的兩端分別連接橋式支路兩橋臂的橋臂中點，所述兩橋臂均與分斷電流支路並聯連接；
[0015]b)所述裝置包括至少兩組分斷電流支路、通態電流支路和橋式支路，每一組中，所述通態電流支路的兩端分別連接橋式支路兩橋臂的橋臂中點，所述兩橋臂均與分斷電流支路並聯連接；且所有通態電流支路依次順序串聯連接；
[0016]c )所述裝置包括一條通態電流支路以及至少兩組分斷電流支路和橋式支路，每一組中的橋式支路兩橋臂均與對應的分斷電流支路並聯連接，且各組中橋式支路橋臂中點依次順序串聯連接；所述通態電路支路的兩端分別連接前述串聯電路中首尾橋式支路端部的橋臂中點；
[0017]d)所述裝置包括一條通態電流支路、一個橋式支路和至少兩條分斷電流支路，所述各分斷電路支路依次順序串聯連接後，再與橋式支路兩橋臂並聯連接，所述通態電路支路的兩端分別連接橋式支路兩橋臂的橋臂中點。
[0018]上述第一功率半導體器件具有開通關斷電流能力。[0019]上述第二功率半導體器件不具有開通關斷電流能力。
[0020]上述雙向功率半導體開關包括相互並聯的第三、四功率半導體器件，且第三、四功率半導體器件的電流開關方向相反。
[0021]上述雙向功率半導體開關包括兩個功率半導體器件和兩個二極體，其中，第五功率半導體器件與第一二極體並聯，且二者電流開關方向相反；第六功率半導體器件與第二二極體並聯，且二者電流開關方向相反；所述兩個並聯支路串聯連接，且第五、六功率半導體器件的電流開關方向相反，第一、二二極體的電流開關方向相反。
[0022]上述換向支路還包括至少一個第二高速隔離開關，所述第二高速隔離開關與第二功率半導體器件相互串聯。
[0023]一種使線路雙向電流分斷的裝置的控制方法，定義所述裝置中通態電流支路與橋式支路的兩個連接點分 別為裝置的兩端，所述裝置以該兩端串聯連接到線路的電流通路；所述通態電流支路中的第一高速隔離開關與雙向功率半導體開關閉合，橋式支路中的第二功率半導體器件閉合，分斷電流支路中的第一功率半導體器件閉合；所述控制方法包括如下步驟:
[0024]一如果接收到通態電流支路的斷開信號，則斷開通態電流支路的雙向功率半導體開關，由此將電流變換到橋式支路和分斷電流支路；
[0025]一此後，斷開通態電流支路的第一高速隔離開關；
[0026]一此後，如果接收到分斷電流支路的斷開信號，則斷開分斷電流支路中的第一功率半導體器件，由此將電流變換到所述非線性電阻。
[0027]一種使線路雙向電流分斷的裝置的控制方法，定義所述裝置中通態電流支路與橋式支路的兩個連接點分別為裝置的兩端，所述裝置以該兩端串聯連接到線路的電流通路；所述通態電流支路中的第一高速隔離開關與雙向功率半導體開關閉合，橋式支路中的第二功率半導體器件與第二高速隔離開關閉合，分斷電流支路中的第一功率半導體器件閉合；所述控制方法包括如下步驟:
[0028]一如果接收到通態電流支路的斷開信號，則斷開通態電流支路的雙向功率半導體開關，由此將電流變換到橋式支路和分斷電流支路；
[0029]一此後，斷開通態電流支路的第一高速隔離開關；確定與電流輸入端所連接的橋臂上與該電流輸入端直接或間接連接的陰極的第二功率半導體器件，斷開該第二功率半導體器件所在換向支路的第二高速隔離開關；確定與電流輸出端所連接的橋臂上與該電流輸出端直接或間接連接的陽極的第二功率半導體器件，斷開該第二功率半導體器件所在換向支路的第二聞速隔尚開關；
[0030]一此後，如果接收到分斷電流支路的斷開信號，則斷開分斷電流支路中的第一功率半導體器件，由此將電流變換到所述非線性電阻；
[0031]一將橋式支路中尚處於閉合狀態的第二高速隔離開關斷開，完成整個分斷過程。
[0032]採用上述方案後，本發明具有以下特點:
[0033](I)通態損耗低:在線路正常工作時，線路電流流過由幾乎零阻抗的高速隔離開關與導通壓降很小的少量功率半導體器件組成的通態電流支路。電流換向支路與分斷電流支路由於需要更高的導通壓降，幾乎沒有電流流過，不需要為電流換向支路額外安裝冷卻系統。裝置的總損耗很低；[0034](2)與傳統高壓直流斷路器相比分斷速度較快，採用功率半導體器件作為分斷電流執行單元，速度很快，通常功率半導體器件的分斷速度僅需幾十微秒，可以忽略不計，裝置的總分斷時間主要在於高速隔離開關的分斷時間，目前，高速隔離開關的分斷速度可達1- 3ms，可以預測，裝置的總分斷時間在3 — 5ms左右，比傳統高壓直流斷路器的分斷速度快的多。
[0035](3)僅較小的成本實現雙向電流的分斷:本發明中的分斷電流支路由同一個電流方向的功率開關器件串聯組成，通過電流換向支路使得線路中的雙向電流流過分斷電流支路為同一方向。當線路電流為第一電流方向時，電流換向支路(A，D)與第一電流方向一致，電流換向支路(B，C)中的功率半導體器件與第一電流方向相反，處於反向截止狀態。當線路電流為第二電流方向時，電流換向支路(B，C)與第二電流方向一致，電流換向支路(A，D)中的功率半導體器件與第二電流方向相反，處於反向截止狀態。由此可見，當線路電流方向不同時，流過分斷電流支路的電流方向是一致的。電流換向支路可以有兩種組成方式:一種方式是採用少量的功率半導體器件與一個高速隔離開關串聯，高速隔離開關用於隔斷較高的關斷電壓，另一種方式是採用大量的功率半導體器件串聯，承受高關斷電壓。本發明優選第一種方案，尤其對於電壓很高的場合。電流換向支路一共包括少量的功率半導體器件和四組高速隔離開關，功率半導體器件數量很少，成本很低，高速隔離開關只是無電流狀態下分開，無需滅弧，僅起到隔斷電壓的作用，成本較低。總體成本與專利CN102687221A相比成本大大減小，提高了裝置中的功率半導體器件的利用效率，同時避免了專利CN102687221A實現雙向功能的缺陷。
[0036](4)控制方法用於當電流達到極限值，通過操作使得線路中投入一特定數量的非線性電阻達到改變線路阻抗，起到限制故障電流上升的作用，是對裝置應用上的擴展，具有裝置的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]圖1是本發明使線路雙向電流分斷的裝置圖；
[0038]圖2是第一電流方向與功率半導體器件的方向對應關係圖；
[0039]圖3是第二電流方向與功率半導體器件的方向對應關係圖；
[0040]圖4是電流換向支路的第一示例圖；
[0041]圖5是電流換向支路的第二示例圖；
[0042]圖6是本發明的另一實施例；
[0043]圖7是本發明的再一實施例；
[0044]圖8是本發明的又一實施例；
[0045]圖9是本發明中雙向功率半導體開關的第一實施例；
[0046]圖10是本發明中雙向功率半導體開關的第二實施例。
【具體實施方式】
[0047]以下將結合附圖及具體實施例，對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0048]如圖1所示，本發明提供一種使線路雙向電流分斷的裝置20，包括分斷電流支路9和通態電流支路30，其中，分斷電流支路9包括一個非線性電阻13與一個功率半導體器件5的並聯連接，或一個非線性電阻13與至少兩個相互串聯的功率半導體器件5的並聯連接，通態電流支路30包括至少一個雙向功率半導體開關12和至少一個高速隔離開關11的串聯連接，前述雙向功率半導體開關12、高速隔離開關11為至少兩個時，其連接關係為相互串聯。
[0049]所述裝置還包括4條電流換向支路A、B、C、D，其中，4條換向支路的結構及組成器件類型、參數完全相同，各條換向支路均包括至少一個功率半導體器件7和至少一個高速隔離開關6的串聯連接，前述功率半導體器件7為至少兩個時，其連接關係是同向串聯，所述高速隔離開關6為至少兩個時，其連接關係為相互串聯或間接串聯。所述4條換向支路兩個一組同向串聯，所述兩條串聯支路再進行並聯，在本實施例中，所述換向支路A、B同向串聯，組成一條橋臂，換向支路C、D同向串聯，組成另一條橋臂，前述兩條橋臂再進行並聯，所說的「同向串聯」具體是針對功率半導體器件7而言。
[0050]所述裝置的連接關係是:通態電流支路30的一端連接換向支路A、B構成的橋臂中點3，且定義電流由外部進入該連接點的方向為第一電流方向14，而通態電流支路30的另一端連接換向支路C、D構成的橋臂中點4，定義電流由外部進入該連接點的方向為第二電流方向15，兩橋臂均與分斷電流支路9並聯連接；所述裝置20的輸入端還連接限流電抗器19的一端，形成串聯連接，該限流電抗器10用以限制短路電流上升。
[0051]在本實施例中，分斷電流支路9中的功率半導體器件5需要具有開通關斷電流能力，可採用門極可關斷器件IGBT、IEGT, GTO等；換向支路中的功率半導體器件7不需具有開通關斷電流能力，可採用二極體。
[0052]所述換向支路A、D均包括至少一個高速隔離開關6和所述第一電流方向14的至少一個功率半導體器件7的串聯連接，電流方向與功率半導體器件7的方向對應關係如圖2所示；所述電流換向支路B、C均包括至少一個高速隔離開關6和所述第二電流方向15的至少一個功率半導體器件7的串聯連接，電流方向與功率半導體器件7的方向對應關係如圖3所示。採用這種布置方式是利用功率半導體器件具有單向導通的特性，使得線路中的雙向電流流過分斷電流支路9為同一方向，如圖1中的節點I至節點2。
[0053]所述4條換向支路均由高速隔離開關6和功率半導體器件7串聯組成，如圖4所示。高速隔離開關6的主要作用是隔斷電壓。在分斷電流支路9分斷後，會在節點I和節點2之間產生很高的分斷電壓，該電壓施加到換向支路，高速隔離開關6可承受很高的分斷電壓，使所述換向支路中的功率半導體器件7承受很小的分斷電壓即可，需很少數量器件串聯，這種方式節省裝置成本。
[0054]所述4條換向支路還可以採用如圖5所示的方式進行替代，作為一種可選方式，換向支路也可以為至少一個功率半導體器件7組成的串聯連接，這種方式省掉了高速隔離開關，但功率半導體器件7的串聯連接需能夠承受很高的電壓，需要很多數量器件串聯。
[0055]其中所述換向支路中的功率半導體器件7可同方向並聯，以提高換向支路的承受電流能力。
[0056]裝置20串聯於線路44中，通態電流支路30僅有少量功率半導體器件，導通壓降更小，正常狀態下，線路電流流過通態電流支路30，產生的損耗很小。
[0057]所述的通態電流支路30由至少一個雙向功率半導體開關12和高速隔離開關11組成，其中雙向功率半導體開關12包括第一電流方向14的功率半導體器件5和第二電流方向15的功率半導體器件28的並聯連接，如圖9所示。
[0058]所述的雙向功率半導體開關12還可以是另一種結構，包括第一電流方向14的功率半導體器件5和第二電流方向15的二極體26的第一併聯連接,及第二電流方向15的功率半導體器件25和第一電流方向14的二極體27的第二並聯連接，第一併聯連接與第二並聯連接串聯連接，如圖10所示。
[0059]所述裝置20中的分斷電流支路9中的功率半導體器件5布置方向始終與線路電流方向一致，如圖2和圖3所示，分斷電流支路9中的電流方向為由節點I至節點2。分斷電流支路9相比通態電流支路30具有更高的電壓阻塞能力，分斷電流支路9的主要作用是中斷線路中的電流，並能夠承受較高的分斷電壓，支路包括很多個功率半導體器件5的串聯連接，接到分斷指令時，同時分斷功率半導體器件5，分斷後會在節點I與節點2之間產生分斷電壓，高電壓使並聯在支路兩端的非線性電阻13阻抗發生變化，最終電流被換至非線性電阻13，能量由非線性電阻13吸收。
[0060]分斷電流支路9中的功率半導體器件5可同方向並聯，以提高支路的承受電流能力。
[0061]本發明還包括前述使線路雙向電流分斷的裝置20的控制方法，其中所述裝置20串聯連接到線路44的電流通路，其中所述裝置20中的通態電流支路30中的高速隔離開關11與雙向功率半導體開關12閉合，4條換向支路A、B、C、D的高速隔離開關6和功率半導體器件7閉合，分斷電流支路9中的功率半導體器件5閉合，所述方法包括下列步驟:
[0062]一如果接收到通態電流支路30的斷開信號，則斷開通態電流支路30的雙向功率半導體開關12，由此將電流變換到換向支路A、B、C、D和分斷電流支路9，
[0063]一此後，判斷線路44的電流方向，如果為第一電流方向14，同時斷開電流換向支路B、C的高速隔離開關6及通態電流支路30的高速隔離開關11 ;當為第一電流方向14時，如圖2所示，電流換向支路B、C和通態電流支路30會承受分斷電流支路9分斷產生的高分斷電壓，因此，在分斷電流支路9分斷之前，務必將電流換向支路B、C和通態電流支路30的高速隔離開關11分開，以防止上述支路的功率半導體器件承受高分斷電壓而損壞；而電流換向支路A、D與分斷電流支路9是串聯連接關係，有分斷電流流過，但不會承受高分斷電壓，應保持閉合狀態。
[0064]如果為第二電流方向15，同時斷開電流換向支路A、D的高速隔離開關6及通態電流支路30的高速隔離開關11，當為第二電流方向14時，如圖3所示，電流換向支路A、D和通態電流支路30會承受分斷電流支路9分斷產生的高分斷電壓，因此，在分斷電流支路9分斷之前，務必將電流換向支路A、D和通態電流支路30的高速隔離開關11分開，以防止上述支路的功率半導體器件承受高分斷電壓而損壞；而電流換向支路B、C與分斷電流支路9是串聯連接關係，有分斷電流流過，但不會承受高分斷電壓，應保持閉合狀態。
[0065]一此後，如果接收到分斷電流支路9的斷開信號，則斷開分斷電流支路中的功率半導體器件5，由此將電流變換到所述非線性電阻13。
[0066]—確認線路電流降為零時，將電流換向支路A、B、C、D中處於閉合狀態的高速隔離開關6斷開，完成整個分斷過程。
[0067]本發明還有其它幾種實施結構，以下將做簡要介紹。
[0068]如圖6所示，裝置40包括相互串聯連接且與線路44的電流通路串聯連接的至少兩個所述的裝置20，其中所述裝置40適合在所述電流通路中的電流超過電流極限時，控制一定數量的所述至少兩個裝置20，使得通過所示至少兩個裝置20的通態電流支路30流過電流換向到非線性電阻13。
[0069]如圖7所示，與線路44串聯連接的裝置41包括至少兩個電流換向支路A、B和電流換向支路C、D與分斷電流支路9的並聯連接，其中所述並聯連接相互串聯連接，該串聯連接與通態電流支路30並聯連接。所述電流通路中的電流超過電流極限時，操作通態電流支路30及一定數量的所述至少兩個電流換向支路A、B，電流換向支路C、D與分斷電流支路9的並聯連接，使得通過通態電流支路30的電流換向到所述至少兩個並聯連接中的非線性電阻13。
[0070]如圖8所示，與線路44串聯連接的裝置42包括至少兩個分斷電流支路9的串聯連接，其中，分斷電流支路9包括至少一個功率半導體器件5和非線性電阻13的並聯連接，還包括至少一個雙向功率半導體開關12和至少一個高速隔離開關11串聯連接組成的通態電流支路30 ;還包括電流換向支路A、B、C、D，所述電流換向支路A、B、C、D均包括至少一個功率半導體器件7和至少一個高速隔離開關6的串聯連接，通態電流支路30的一端連接至電流換向支路A、B構成的橋臂中點3，通態電流支路30的另一端連接至電流換向支路C、D構成的橋臂中點4，兩橋臂均與所述至少兩個分斷電流支路9的串聯連接構成並聯連接。
[0071]其中，所述電流通路中的電流超過電流極限時，操作所述通態電流支路30及一定數量的所述至少兩個分斷電流支路9的串聯連接，使得通過通態電流支路30的電流換向到所述至少兩個分斷電流支路9的串聯連接的非線性電阻13。
[0072]以一個實施例說明本發明的【具體實施方式】:
[0073]設計裝置20能夠分斷±400kV高壓直流輸電線路的雙向電流，電流分斷能力為2kA。
[0074]如圖1所示，分斷該線路雙向電流的裝置20包括:分斷電流支路9，電流換向支路A、B、C、D和通態電流支路30:其中，分斷電流支路9應至少能夠承受800kV的分斷電壓，考慮一定裕量，按照分斷1200kV設計，選擇兩個4.5kV/l.6kA的IGBT並聯作為一個單元器件，考慮在關斷時刻可能出現的電壓不均，對器件的耐壓設計要留有一定裕量，共需要400個單元器件串聯，構成一個IGBT閥組，總器件數量為800。所有IGBT布置方向一致。
[0075]通態電流支路30包括雙向功率半導體開關12和聞速隔尚開關11串聯，聞速隔尚開關11要求具有較快的分斷速度，分斷後斷口能夠耐受1200kV電壓。4.5kV/l.6kA的帶續流二極體的IGBT反向串聯構成一個單元器件，通態電路支路30共需要3個單元器件串聯後，再並聯組成，構成一個閥組，共需要6個單元器件，總器件數量為12，IGBT和續流二極體的布置方向為兩個方向。通態電流支路30連接線路兩端的橋臂中點3與橋臂中點4。
[0076]裝置20還包括電流換向支路A、B、C、D，其中，換向支路A、B構成中點與線路橋臂中點3連接的第一橋臂，換向支路C、D構成中點與線路橋臂中點4連接的第二橋臂，兩橋臂均與分斷電流支路9並聯連接。
[0077]裝置20共需要4個電流換向支路，每個支路的器件相同，每個支路包括功率半導體器7和高速隔離開關6，高速隔離開關6的技術要求與通態電流支路30基本一致。功率半導體器件7承受很小的分斷電壓即可，需很少的數量串聯。功率半導體器件7選擇為
4.5kV/l.6kA的二極體，共需要3個二極體串聯後再並聯，構成一個二極體組，每個支路需要二極體6個，4組電流換向支路共需要24個二極體，二極體的布置方向如圖2和圖3所
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[0078]控制方法包括下列步驟:
[0079]正常情況下，所述裝置20中的通態電流支路30中的高速隔離開關11與雙向功率半導體開關12閉合，電流換向支路A、B、C、D中的高速隔離開關6和功率半導體器件7閉合，分斷電流支路9中的功率半導體器件5閉合，由於通態電流支路30僅包括3個IGBT串聯，而分斷電流支路9包括400個IGBT串聯，分斷電流支路9的額定電壓阻斷能力遠大於通態電流支路30，也就是說通態電流支路30具有相對極小的等效導通電阻，正常線路電流流過通態電流支路30。
[0080]一如果接收到通態電流支路30的斷開信號，則斷開通態電流支路30的雙向半導體開關12，由此將電流變換到電流換向支路和分斷電流支路9，如果為第一電流方向14，電流流經通路如圖2所示。如果為第二電流方向15,電流流經通路如圖3所示。
[0081]一此後，判斷線路44的電流方向，如果為第一電流方向14，同時斷開電流換向支路B、C的聞速隔尚開關6及通態電流支路30的聞速隔尚開關11 ;如果為第二電流方向15,同時斷開電流換向支路A、D的高速隔離開關6，及通態電流支路30的高速隔離開關11 ；
[0082]一此後，如果接收到分斷電流支路9的斷開信號，則同時斷開分斷電流支路9中的IGBT閥組，由此將電流變換到所述非線性電阻13。 [0083]一確認電流降為零時，將電流換向支路A、B、C、D中處於閉合狀態的高速隔離開關6斷開，完成整個分斷過程。
[0084]以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，儘管本領域的技術人員閱讀本申請後，參照上述實施例進行種種修改或變更，但這些修改或變更均在申請待批本發明的權利申請要求保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種使線路雙向電流分斷的裝置，包括分斷電流支路和通態電流支路；其中，分斷電流支路包括一個非線性電阻和一個第一功率半導體器件的並聯連接，或一個非線性電阻和至少兩個相互串聯的第一功率半導體器件的並聯連接；通態電流支路包括至少一個雙向功率半導體開關和至少一個第一高速隔離開關的串聯連接；其特徵在於: 所述裝置還包括橋式支路，所述橋式支路包括由4條完全相同的換向支路所構成的兩條橋臂，各換向支路均包括至少一個第二功率半導體器件的串聯連接；所述4條換向支路兩兩一組同向串聯，所形成的兩條橋臂再進行並聯； 所述裝置的連接關係為以下4種中的任意一種: a)所述裝置包括一條分斷電流支路、一條通態電流支路和一個橋式支路，所述通態電流支路的兩端分別連接橋式支路兩橋臂的橋臂中點，所述兩橋臂均與分斷電流支路並聯連接； b)所述裝置包括至少兩組分斷電流支路、通態電流支路和橋式支路，每一組中，所述通態電流支路的兩端分別連接橋式支路兩橋臂的橋臂中點，所述兩橋臂均與分斷電流支路並聯連接；且所有通態電流支路依次順序串聯連接； c)所述裝置包括一條通態電流支路以及至少兩組分斷電流支路和橋式支路，每一組中的橋式支路兩橋臂均與對應的分斷電流支路並聯連接，且各組中橋式支路橋臂中點依次順序串聯連接；所述通態電路支路的兩端分別連接前述串聯電路中首尾橋式支路端部的橋臂中佔.d)所述裝置包括一條通態電流支路、一個橋式支路和至少兩條分斷電流支路，所述各分斷電路支路依次順序串聯連接後，再與橋式支路兩橋臂並聯連接，所述通態電路支路的兩端分別連接橋式支路兩橋臂的橋臂中點。
2.如權利要求1所述的一種使線路雙向電流分斷的裝置，其特徵在於:所述第一功率半導體器件具有開通關斷電流能力。
3.如權利要求1所述的一種使線路雙向電流分斷的裝置，其特徵在於:所述第二功率半導體器件不具有開通關斷電流能力。
4.如權利要求1所述的一種使線路雙向電流分斷的裝置，其特徵在於:所述雙向功率半導體開關包括相互並聯的第三、四功率半導體器件，且第三、四功率半導體器件的電流開關方向相反。
5.如權利要求1所述的一種使線路雙向電流分斷的裝置，其特徵在於:所述雙向功率半導體開關包括兩個功率半導體器件和兩個二極體，其中，第五功率半導體器件與第一二極體並聯，且二者電流開關方向相反；第六功率半導體器件與第二二極體並聯，且二者電流開關方向相反；所述兩個並聯支路串聯連接，且第五、六功率半導體器件的電流開關方向相反，第一、二二極體的電流開關方向相反。
6.如權利要求1所述的一種使線路雙向電流分斷的裝置，其特徵在於:所述換向支路還包括至少一個第二高速隔離開關，所述第二高速隔離開關與第二功率半導體器件相互串聯。
7.如權利要求1至5中任意一項所述的一種使線路雙向電流分斷的裝置的控制方法，定義所述裝置中通態電流支路與橋式支路的兩個連接點分別為裝置的兩端，所述裝置以該兩端串聯連接到線路的電流通路；其特徵在於:所述通態電流支路中的第一高速隔離開關與雙向功率半導體開關閉合，橋式支路中的第二功率半導體器件閉合，分斷電流支路中的第一功率半導體器件閉合；所述控制方法包括如下步驟: 一如果接收到通態電流支路的斷開信號，則斷開通態電流支路的雙向功率半導體開關，由此將電流變換到橋式支路和分斷電流支路； 一此後，斷開通態電流支路的第一高速隔離開關； 一此後，如果接收到分斷電流支路的斷開信號，則斷開分斷電流支路中的第一功率半導體器件，由此將電流變換到所述非線性電阻。
8.如權利要求6所述的一種使線路雙向電流分斷的裝置的控制方法，定義所述裝置中通態電流支路與橋式支路的兩個連接點分別為裝置的兩端，所述裝置以該兩端串聯連接到線路的電流通路；其特徵在於:所述通態電流支路中的第一高速隔離開關與雙向功率半導體開關閉合，橋式支路中的第二功率半導體器件與第二高速隔離開關閉合，分斷電流支路中的第一功率半導體器件閉合；所述控制方法包括如下步驟: 一如果接收到通態電流支路的斷開信號，則斷開通態電流支路的雙向功率半導體開關，由此將電流變換到橋式支路和分斷電流支路； 一此後，斷開通態電流支路的第一高速隔離開關；確定與電流輸入端所連接的橋臂上與該電流輸入端直接或間接連接的陰極的第二功率半導體器件，斷開該第二功率半導體器件所在換向支路的第二高速隔離開關；確定與電流輸出端所連接的橋臂上與該電流輸出端直接或間接連接的陽極 的第二功率半導體器件，斷開該第二功率半導體器件所在換向支路的第~聞速隔尚開關； 一此後，如果接收到分斷電流支路的斷開信號，則斷開分斷電流支路中的第一功率半導體器件，由此將電流變換到所述非線性電阻； 一將橋式支路中尚處於閉合狀態的第二高速隔離開關斷開，完成整個分斷過程。
【文檔編號】H02H3/087GK103972855SQ201310037475
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月31日 優先權日:2013年1月31日
【發明者】曹冬明, 方太勳, 王宇, 楊浩, 楊兵, 石巍, 呂瑋 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術有限公司