本發(fā)明涉及零電壓直流斷路器及其投入分?jǐn)喾椒?，特別通過改變觸發(fā)轉(zhuǎn)移支路的半控型功率半導(dǎo)體器件的時(shí)序，來滿足不同分?jǐn)嘈枨蟮墓δ堋?/p>

背景技術(shù)：

混合式直流斷路器具有通流能力強(qiáng)、關(guān)斷速度快、通態(tài)損耗小等優(yōu)點(diǎn)，近年來一直是業(yè)界研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)階段的混合式直流斷路器大多通過制造和短路電流相反的振蕩電流制造人工過零點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)直流分段的目的。振蕩式的直流斷路器存在機(jī)械開關(guān)打開之后斷口電壓快速增加，造成斷口重?fù)舸?，從而造成直流開斷失敗。因此控制斷口電壓上升速率是增加直流開斷穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。另一方面，直流斷路器面臨著壽命有限，合閘存在預(yù)計(jì)穿等問題。通常而言，斷路器分?jǐn)喟ㄕ７謹(jǐn)嗪投搪贩侄蝺煞N任務(wù)。相比于短路分段，正常分?jǐn)鄩毫^小，不需要電流快速轉(zhuǎn)移，分?jǐn)鄷r(shí)間要求不高。在這種正常情況下，降低分?jǐn)嗨俣瓤梢詽M足分?jǐn)嘈枨?，同時(shí)提高斷路器分?jǐn)啻螖?shù)，增加斷路器壽命。

在背景技術(shù)部分中公開的上述信息僅僅用于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明背景的理解，因此可能包含不構(gòu)成在本國中本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足或缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種新型的零電壓型直流斷路器。通過在機(jī)械斷口兩端并聯(lián)功率二極管，有效限制了在開斷過程中機(jī)械斷口兩端的電壓的快速上升，同時(shí)增加了一路電感用于制造更長的電流過零時(shí)間，實(shí)現(xiàn)正常分?jǐn)嗲闆r下的無弧分?jǐn)?，增加了斷路器的正常分?jǐn)鄩勖?。同時(shí)增加了合閘輔助支路，在斷路器合閘時(shí)，預(yù)先導(dǎo)通輔助支路，實(shí)現(xiàn)斷路器的無弧合閘，同時(shí)也避免了斷路器則合閘時(shí)發(fā)生彈跳，對(duì)觸頭壽命造成的影響。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的一方面，一種零電壓直流斷路器包括主電流回路、電流轉(zhuǎn)移支路、過電壓限制支路、合閘輔助支路、隔離開關(guān)v1、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、出線端a1和a2，并且主電流回路、合閘輔助支路、電流轉(zhuǎn)移支路以及過電壓限制支路并聯(lián)，系統(tǒng)電流從出線端a1流入，從出線端a2流出，所述主電流回路設(shè)有快速機(jī)械開關(guān)s1，其中，所述快速機(jī)械開關(guān)s1斷口一端和二極管d2正極相連，另一端和出線端a1相連，二極管d2負(fù)極和出線端a2相連，快速機(jī)械開關(guān)s1兩端并聯(lián)二極管d1。

所述電流轉(zhuǎn)移支路中，半控型功率半導(dǎo)體器件t1正極和電感相對(duì)較大的電感l(wèi)1相連，負(fù)極和隔離開關(guān)v1相連；半控型功率半導(dǎo)體器件t2正極和電感相對(duì)較小的電感l(wèi)2相連，負(fù)極和隔離開關(guān)v1相連；兩個(gè)電感的另一端和轉(zhuǎn)移電容c的正極相連，電容c的負(fù)極和出線端a1相連，功率半導(dǎo)體器件t1和t2均為單向?qū)ǖ墓β拾雽?dǎo)體器件。

所述隔離開關(guān)v1一端與出線端a2相連，另一端與電流轉(zhuǎn)移支路的半控型功率半導(dǎo)體器件t1和t2的公共端相連。

所述合閘輔助支路包括可關(guān)斷半控型功率半導(dǎo)體組件，其并聯(lián)在快速機(jī)械開關(guān)s1兩端，其中正極接在出線端a1上，負(fù)極接在機(jī)械開關(guān)s1另一側(cè)。

所述過電壓限制支路并聯(lián)在主電流回路兩端，一端口與出線端a1相連，另一端與隔離開關(guān)v1和半控型功率半導(dǎo)體的公共端相連。

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括用于測(cè)量系統(tǒng)電流狀態(tài)的電流傳感器d0、用于測(cè)量主電流回路電流狀態(tài)的電流傳感器d1、用于測(cè)量大電感轉(zhuǎn)移支路電流狀態(tài)的電流傳感器d2、用于測(cè)量小電感轉(zhuǎn)移支路電流狀態(tài)的電流傳感器d3、用于測(cè)量過電壓限制電路的電流狀態(tài)電流傳感器d3、用于測(cè)量快速機(jī)械開關(guān)s1的斷口電壓的電壓傳感器vhss、用于測(cè)量轉(zhuǎn)移電容兩端電壓狀態(tài)的電壓傳感器vc、用于測(cè)量快速機(jī)械開關(guān)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的位移傳感器pd、用于測(cè)量斷路器環(huán)境溫度傳感器d4、信號(hào)調(diào)理電路、a/d轉(zhuǎn)換模塊和第一通信模塊。

所述控制系統(tǒng)包括用于計(jì)算主電流回路電流變化率的計(jì)算模塊、電流濾波處理模塊、實(shí)時(shí)顯示斷路器狀態(tài)及計(jì)算結(jié)果的人機(jī)交互模塊和第二通信模塊，正常工作狀態(tài)下，系統(tǒng)電流從所述主電流回路流過，電容上有一定的預(yù)充電壓，電流轉(zhuǎn)移支路的所有的半控型功率半導(dǎo)體器件均未被觸發(fā)，電流轉(zhuǎn)移支路沒有電流，過電壓限制電路導(dǎo)通閾值比系統(tǒng)電壓低，過電壓限制電路沒有電流流過；當(dāng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到直流系統(tǒng)狀態(tài)異?；蛩隹刂葡到y(tǒng)發(fā)出分閘指令時(shí)，控制系統(tǒng)向快速機(jī)械開關(guān)s1發(fā)出分閘動(dòng)作指令，快速機(jī)械開關(guān)s1開始動(dòng)作，由于快速機(jī)械開關(guān)s1的響應(yīng)特性使得快速機(jī)械開關(guān)s1仍處于閉合狀態(tài)，然后依照在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)返回的信息，根據(jù)正常分閘或是短路分閘需求，半控型功率半導(dǎo)體器件t1或是半控型功率半導(dǎo)體器件t2導(dǎo)通，強(qiáng)迫電流向電流轉(zhuǎn)移支路轉(zhuǎn)移，隨著電流轉(zhuǎn)移支路電壓增加，過電壓限制支路導(dǎo)通完成直流開斷。

在所述零電壓直流斷路器中，所述半控型功率半導(dǎo)體器件t1和/或t2包括gto、晶閘管、igbt的任意一個(gè)或者多個(gè)的組合。

在所述零電壓直流斷路器中，所述高速機(jī)械開關(guān)s1為基于電磁斥力的高速機(jī)械開關(guān)、基于高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械開關(guān)或基于爆炸驅(qū)動(dòng)的高速機(jī)械開關(guān)。

在所述零電壓直流斷路器中，所述過電壓限制支路的設(shè)計(jì)參數(shù)包括電壓限制電路容量、導(dǎo)通電壓閾值、達(dá)到導(dǎo)通電壓時(shí)的電流、最高限位電壓以及處于最高限位電壓時(shí)的電流。

在所述零電壓直流斷路器中，所述過電壓限制支路在斷路器正常運(yùn)行情況下處于截止?fàn)顟B(tài)，漏電流小于0.4μa；所述過電壓限制支路的導(dǎo)通電壓閾值為所述斷路器所處的系統(tǒng)電壓的1.8倍。

在所述零電壓直流斷路器中，所述過電壓限制支路包括線路型金屬氧化物避雷器、無間隙線路型金屬氧化物避雷器、全絕緣復(fù)合外套金屬氧化物避雷器或可卸式避雷器中的任意一個(gè)或多個(gè)的組合。

在所述零電壓直流斷路器中，所述控制系統(tǒng)包括處理器，所述處理器為通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、專用集成電路asic或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列fpga，所述處理器包括存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器可以包括一個(gè)或多個(gè)只讀存儲(chǔ)器rom、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器ram、快閃存儲(chǔ)器或電子可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器eeprom。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種利用所述的零電壓直流斷路器的投入方法包括以下步驟：

在第一步驟中，控制系統(tǒng)收到合閘指令并向斷路器發(fā)出合閘指令。

在第二步驟中，觸發(fā)可關(guān)斷半控型功率半導(dǎo)體組件導(dǎo)通，電流從合閘輔助支路流過。

在第三步驟中，高速機(jī)械開關(guān)s1閉合，由于兩端并聯(lián)可關(guān)斷半控型功率半導(dǎo)體組件，高速機(jī)械開關(guān)s1斷口兩端壓降為可關(guān)斷半控型功率半導(dǎo)體組件壓降。

在第四步驟中，當(dāng)快速機(jī)械開關(guān)s1穩(wěn)定閉合之后，控制系統(tǒng)關(guān)斷可關(guān)斷半控型功率半導(dǎo)體組件，無弧合閘過程完成。

一種利用所述的零電壓直流斷路器的正常狀態(tài)下的分?jǐn)喾椒òㄒ韵虏襟E：

在第一步驟中，控制系統(tǒng)收到分閘指令并向斷路器發(fā)出分閘指令。

在第二步驟中，觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體t1導(dǎo)通，快速機(jī)械開關(guān)s1開始動(dòng)作，但根據(jù)快速機(jī)械開關(guān)s1響應(yīng)特性，此時(shí)快速機(jī)械開關(guān)s1并未打開，電流仍從主電流回路流過。

在第三步驟中，由于振蕩回路向主電流回路注入反相高頻振蕩電流強(qiáng)迫主電流回路電流過零，由于電感l(wèi)1相對(duì)較大，主電流回路電流被功率二極管d2鉗制在零電流，通過快速機(jī)械開關(guān)s1和控制系統(tǒng)的匹配，實(shí)現(xiàn)在電流過零期間打開快速機(jī)械開關(guān)s1，實(shí)現(xiàn)無弧分?jǐn)唷?/p>

在第四步驟中，主電流回路不斷向轉(zhuǎn)移電容c充電，當(dāng)電流轉(zhuǎn)移支路電容和系統(tǒng)電壓相等時(shí)，電流轉(zhuǎn)移支路電流過零，半控型功率半導(dǎo)體t1截止關(guān)斷，開斷過程完成，隔離開關(guān)v1打開。

一種利用所述的零電壓直流斷路器的短路狀態(tài)下的分?jǐn)喾椒òㄒ韵虏襟E：

在第一步驟中，在線檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到系統(tǒng)電流達(dá)到設(shè)定閾值或者電流上升率達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出分閘指令。

在第二步驟中，觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體t2導(dǎo)通，快速機(jī)械開關(guān)s1開始動(dòng)作，但根據(jù)快速機(jī)械開關(guān)響應(yīng)特性，此時(shí)快速機(jī)械開關(guān)s1并未打開，電流仍從主電流回路流過。

在第三步驟中，快速機(jī)械開關(guān)s1打開，開始燃弧，振蕩回路向主電流回路注入反相高頻振蕩電流強(qiáng)迫主電流回路向電流轉(zhuǎn)移支路轉(zhuǎn)移，隨著主電流回路電流過零，由于電感l(wèi)2較小，快速機(jī)械開關(guān)s1延遲較長，使得快速機(jī)械開關(guān)s1在主電流回路電流過零之前打開。

在第四步驟中，主電流回路不斷向轉(zhuǎn)移電容c充電，當(dāng)斷路器兩端電壓超過過電壓限制支路的導(dǎo)通閾值時(shí)，過電壓限制支路導(dǎo)通，由于過電壓限制支路的通態(tài)電阻遠(yuǎn)小于電流轉(zhuǎn)移支路的通態(tài)電阻，電流快速向過電壓限制支路轉(zhuǎn)移。

在第五步驟中，當(dāng)電流轉(zhuǎn)移支路電流過零時(shí)，半控型功率半導(dǎo)體t2截止關(guān)斷，由于系統(tǒng)電壓小于過電壓限制支路的導(dǎo)通閾值，過電壓限制支路恢復(fù)高阻抗?fàn)顟B(tài)，開斷過程完成，隔離開關(guān)v1打開。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠使得本發(fā)明的技術(shù)手段更加清楚明白，達(dá)到本領(lǐng)域技術(shù)人員可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施的程度，并且為了能夠讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，下面以本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行舉例說明。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選的具體實(shí)施方式中的詳細(xì)描述，本發(fā)明各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。說明書附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。顯而易見地，下面描述的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。而且在整個(gè)附圖中，用相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。

在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的零電壓直流斷路器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器在斷路器內(nèi)部分布示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的零電壓直流斷路器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)配合框圖；

圖4(a)-圖4(d)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的零電壓直流斷路器正常分?jǐn)鄷r(shí)過程示意圖；

圖5(a)-圖5(e)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的零電壓直流斷路器短路分?jǐn)鄷r(shí)過程示意圖；

圖6(a)-圖6(c)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的零電壓直流斷路器投入過程示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的零電壓直流斷路器投入方法的步驟示意圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的零電壓直流斷路器在正常狀態(tài)下的分?jǐn)喾椒ǖ牟襟E示意圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的零電壓直流斷路器在短路下的分?jǐn)喾椒ǖ牟襟E示意圖。

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本發(fā)明的具體實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹地理解本發(fā)明，并且能夠?qū)⒈景l(fā)明的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

需要說明的是，在說明書及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可以理解，技術(shù)人員可能會(huì)用不同名詞來稱呼同一個(gè)組件。本說明書及權(quán)利要求并不以名詞的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區(qū)分的準(zhǔn)則。如在通篇說明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的“包含”或“包括”為一開放式用語，故應(yīng)解釋成“包含但不限定于”。說明書后續(xù)描述為實(shí)施本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，然所述描述乃以說明書的一般原則為目的，并非用以限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。

為便于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個(gè)具體實(shí)施例為例做進(jìn)一步的解釋說明，且各個(gè)附圖并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。

圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的零電壓直流斷路器的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明實(shí)施例將結(jié)合圖1進(jìn)行具體說明。

如圖1所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種零電壓直流斷路器，零電壓直流斷路器包括主電流回路、電流轉(zhuǎn)移支路、過電壓限制支路、合閘輔助支路、隔離開關(guān)v1、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、出線端a1和a2，并且主電流回路、合閘輔助支路、電流轉(zhuǎn)移支路以及過電壓限制支路并聯(lián)，系統(tǒng)電流從出線端a1流入，從出線端a2流出。

所述主電流回路設(shè)有快速機(jī)械開關(guān)s1，其中，所述快速機(jī)械開關(guān)s1斷口一端和二極管d2正極相連，另一端和出線端a1相連，二極管d2負(fù)極和出線端a2相連，快速機(jī)械開關(guān)s1兩端并聯(lián)二極管d1。

所述電流轉(zhuǎn)移支路中，半控型功率半導(dǎo)體器件t1正極和電感相對(duì)較大的電感l(wèi)1相連，負(fù)極和隔離開關(guān)v1相連；半控型功率半導(dǎo)體器件t2正極和電感相對(duì)較小的電感l(wèi)2相連，負(fù)極和隔離開關(guān)v1相連；兩個(gè)電感的另一端和轉(zhuǎn)移電容c的正極相連，電容c的負(fù)極和出線端a1相連，功率半導(dǎo)體器件t1和t2均為單向?qū)ǖ墓β拾雽?dǎo)體器件。

所述隔離開關(guān)v1一端與出線端a2相連，另一端與電流轉(zhuǎn)移支路的半控型功率半導(dǎo)體器件t1和t2的公共端相連。

所述合閘輔助支路包括可關(guān)斷半控型功率半導(dǎo)體組件，其并聯(lián)在快速機(jī)械開關(guān)s1兩端，其中正極接在出線端a1上，負(fù)極接在機(jī)械開關(guān)s1另一側(cè)。

所述過電壓限制支路并聯(lián)在主電流回路兩端，一端口與出線端a1相連，另一端與隔離開關(guān)v1和半控型功率半導(dǎo)體的公共端相連。

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器在斷路器內(nèi)部分布示意圖，參見圖2，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括用于測(cè)量系統(tǒng)電流狀態(tài)的電流傳感器d0、用于測(cè)量主電流回路電流狀態(tài)的電流傳感器d1、用于測(cè)量大電感轉(zhuǎn)移支路電流狀態(tài)的電流傳感器d2、用于測(cè)量小電感轉(zhuǎn)移支路電流狀態(tài)的電流傳感器d3、用于測(cè)量過電壓限制電路的電流狀態(tài)電流傳感器d3、用于測(cè)量快速機(jī)械開關(guān)s1的斷口電壓的電壓傳感器vhss、用于測(cè)量轉(zhuǎn)移電容兩端電壓狀態(tài)的電壓傳感器vc、用于測(cè)量快速機(jī)械開關(guān)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的位移傳感器pd、用于測(cè)量斷路器環(huán)境溫度傳感器d4、信號(hào)調(diào)理電路、a/d轉(zhuǎn)換模塊和第一通信模塊。

圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的零電壓直流斷路器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)配合框圖，參見圖3，所述控制系統(tǒng)包括用于計(jì)算主電流回路電流變化率的計(jì)算模塊、電流濾波處理模塊、實(shí)時(shí)顯示斷路器狀態(tài)及計(jì)算結(jié)果的人機(jī)交互模塊和第二通信模塊，正常工作狀態(tài)下，系統(tǒng)電流從所述主電流回路流過，電容上有一定的預(yù)充電壓，電流轉(zhuǎn)移支路的所有的半控型功率半導(dǎo)體器件均未被觸發(fā)，電流轉(zhuǎn)移支路沒有電流，過電壓限制電路導(dǎo)通閾值比系統(tǒng)電壓低，過電壓限制電路沒有電流流過；當(dāng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到直流系統(tǒng)狀態(tài)異?；蛩隹刂葡到y(tǒng)發(fā)出分閘指令時(shí)，控制系統(tǒng)向快速機(jī)械開關(guān)s1發(fā)出分閘動(dòng)作指令，快速機(jī)械開關(guān)s1開始動(dòng)作，由于快速機(jī)械開關(guān)s1的響應(yīng)特性使得快速機(jī)械開關(guān)s1仍處于閉合狀態(tài)，然后依照在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)返回的信息，根據(jù)正常分閘或是短路分閘需求，半控型功率半導(dǎo)體器件t1或是半控型功率半導(dǎo)體器件t2導(dǎo)通，強(qiáng)迫電流向電流轉(zhuǎn)移支路轉(zhuǎn)移，隨著電流轉(zhuǎn)移支路電壓增加，過電壓限制支路導(dǎo)通完成直流開斷。

本發(fā)明中，所述系統(tǒng)電流大小、所述主電流回路的電流，電流轉(zhuǎn)移支路電路的電流、過電壓限制支路的電流、快速機(jī)械開關(guān)斷口電壓、轉(zhuǎn)移電容電壓幅值、快速機(jī)械開關(guān)位移的數(shù)值，經(jīng)過濾波放大，進(jìn)入ad處理計(jì)算，所述計(jì)算包括但不限于主電流回路電流和電流轉(zhuǎn)移支路的電流的幅值及變化率di/dt的計(jì)算，經(jīng)過處理器的保護(hù)算法和延時(shí)控制后，進(jìn)行快速機(jī)械開關(guān)控制，功率半導(dǎo)體器件控制，所述人機(jī)交互界面實(shí)時(shí)顯示混合式斷路器狀態(tài)及各類計(jì)算結(jié)果，通信模塊向上級(jí)系統(tǒng)發(fā)送故障波形，接收上級(jí)控制系統(tǒng)的控制命令。

在本發(fā)明所述的零電壓直流斷路器的優(yōu)選實(shí)施例中，所述半控型功率半導(dǎo)體器件t1和/或t2包括gto、晶閘管、igbt的任意一個(gè)或者多個(gè)的組合。

在本發(fā)明所述的零電壓直流斷路器的優(yōu)選實(shí)施例中，所述高速機(jī)械開關(guān)s1為基于電磁斥力的高速機(jī)械開關(guān)、基于高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械開關(guān)或基于爆炸驅(qū)動(dòng)的高速機(jī)械開關(guān)。

在本發(fā)明所述的零電壓直流斷路器的優(yōu)選實(shí)施例中，所述過電壓限制支路的設(shè)計(jì)參數(shù)包括電壓限制電路容量、導(dǎo)通電壓閾值、達(dá)到導(dǎo)通電壓時(shí)的電流、最高限位電壓以及處于最高限位電壓時(shí)的電流。

在本發(fā)明所述的零電壓直流斷路器的優(yōu)選實(shí)施例中，所述過電壓限制支路在斷路器正常運(yùn)行情況下處于截止?fàn)顟B(tài)，漏電流小于0.4μa；所述過電壓限制支路的導(dǎo)通電壓閾值為所述斷路器所處的系統(tǒng)電壓的1.8倍。

在本發(fā)明所述的零電壓直流斷路器的優(yōu)選實(shí)施例中，所述過電壓限制支路包括線路型金屬氧化物避雷器、無間隙線路型金屬氧化物避雷器、全絕緣復(fù)合外套金屬氧化物避雷器或可卸式避雷器中的任意一個(gè)或多個(gè)的組合。

在本發(fā)明所述的零電壓直流斷路器的優(yōu)選實(shí)施例中，所述控制系統(tǒng)包括處理器，所述處理器為通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器、專用集成電路asic或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列fpga，所述處理器包括存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器可以包括一個(gè)或多個(gè)只讀存儲(chǔ)器rom、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器ram、快閃存儲(chǔ)器或電子可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器eeprom。

圖4(a)-圖4(d)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的零電壓直流斷路器正常分?jǐn)鄷r(shí)過程示意圖，結(jié)合圖4(a)-圖(4)d說明正常分?jǐn)鄷r(shí)過程。

1、如圖4(a)所示正常同流狀態(tài)下，系統(tǒng)電流從出線端a1流入，經(jīng)過快速機(jī)械開關(guān)和功率二極管d2后從出線端a2流出。

2、如圖4(b)所示，當(dāng)系統(tǒng)受到人機(jī)交互界面的分閘指令或是上位機(jī)的分閘指令時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出分閘指令，觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體t1導(dǎo)通?？焖贆C(jī)械開關(guān)開始動(dòng)作，但根據(jù)快速機(jī)械開關(guān)響應(yīng)特性，此時(shí)并未打開，電流仍從主電流回路流過。

3、如圖4(c)所示，由于振蕩回路向主電流回路注入反相高頻振蕩電流強(qiáng)迫主電流回路電流過零，由于是電感l(wèi)1相對(duì)較大，主電流回路電流被功率二極管d2鉗制在零電流，通過快速機(jī)械開關(guān)和控制系統(tǒng)的匹配，可以實(shí)現(xiàn)在電流過零期間打開，實(shí)現(xiàn)無弧分?jǐn)唷?/p>

4、如圖4(d)所示，主電流回路不斷向轉(zhuǎn)移電容充電，當(dāng)轉(zhuǎn)移支路電容和系統(tǒng)電壓相等時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)移支路電流過零，半控型功率半導(dǎo)體t1截止關(guān)斷，開斷過程完成，隔離開關(guān)v1打開。

圖5(a)-圖5(e)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的零電壓直流斷路器短路分?jǐn)鄷r(shí)過程示意圖，結(jié)合圖5(a)-圖(5e)說明短路分?jǐn)鄷r(shí)過程。

1、如圖5(a)所示正常同流狀態(tài)下，系統(tǒng)電流從出線端a1流入，經(jīng)過快速機(jī)械開關(guān)和功率二極管d2后從出線端a2流出。

2、如圖5(b)所示,當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到主回路電流上升率或是電流值達(dá)到設(shè)定短路閾值，發(fā)出短路分閘指令，觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體t2導(dǎo)通?？焖贆C(jī)械開關(guān)開始動(dòng)作，但根據(jù)快速機(jī)械開關(guān)響應(yīng)特性，此時(shí)并未打開，電流仍從主電流回路流過。

3、如圖5(c)所示，快速機(jī)械開關(guān)打開，開始燃弧，振蕩回路向主電流回路注入反相高頻振蕩電流強(qiáng)迫主電流回路向電流轉(zhuǎn)移支路轉(zhuǎn)移，隨著主電流回路電流過零，由于是電感l(wèi)2較小，快速開關(guān)機(jī)械延遲較長，必須使得快速機(jī)械開關(guān)在主電流回路電流過零之前打開。

4、如圖5(d)所示，主電流回路不斷向轉(zhuǎn)移電容充電，當(dāng)斷路器兩端電壓超過過電壓限制支路的導(dǎo)通閾值時(shí)，過電壓限制支路導(dǎo)通。由于過電壓限制支路的通態(tài)電阻遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)移支路的通態(tài)電阻，電流快速向過電壓限制支路轉(zhuǎn)移。

5、如圖5(e)所示，當(dāng)電流轉(zhuǎn)移支路電流過零時(shí)，半控型功率半導(dǎo)體t2截止關(guān)斷，由于系統(tǒng)電壓小于過電壓限制支路的導(dǎo)通閾值，過電壓限制支路恢復(fù)高阻抗?fàn)顟B(tài)，開斷過程完成，隔離開關(guān)v1打開。

圖6(a)-圖6(c)是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的零電壓直流斷路器投入過程示意圖，結(jié)合圖6(a)-圖6(c)說明投入過程。

1、如圖6(a)所示，控制系統(tǒng)發(fā)出合閘指令之后，首先觸發(fā)gto組件導(dǎo)通，電流從合閘輔助支路流過。

2、如圖6(b)所示，此時(shí)快速機(jī)械開關(guān)閉合，由于兩端并聯(lián)gto組件，機(jī)械斷口兩端壓降為gto管壓降，不會(huì)發(fā)生預(yù)計(jì)穿，同時(shí)即使發(fā)生彈跳也不會(huì)發(fā)生燃弧。

3、如圖6(c)所示，當(dāng)快速機(jī)械開關(guān)穩(wěn)定閉合之后，控制系統(tǒng)關(guān)斷gto組件，無弧合閘過程完成。

圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的零電壓直流斷路器投入方法的步驟示意圖，一種利用所述的零電壓直流斷路器的投入方法包括以下步驟：

在第一步驟s1中，控制系統(tǒng)收到合閘指令并向斷路器發(fā)出合閘指令。

在第二步驟s2中，觸發(fā)可關(guān)斷半控型功率半導(dǎo)體組件導(dǎo)通，電流從合閘輔助支路流過。

在第三步驟s3中，高速機(jī)械開關(guān)s1閉合，由于兩端并聯(lián)可關(guān)斷半控型功率半導(dǎo)體組件，高速機(jī)械開關(guān)s1斷口兩端壓降為可關(guān)斷半控型功率半導(dǎo)體組件壓降。

在第四步驟s4中，當(dāng)快速機(jī)械開關(guān)s1穩(wěn)定閉合之后，控制系統(tǒng)關(guān)斷可關(guān)斷半控型功率半導(dǎo)體組件，無弧合閘過程完成。

圖8是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的零電壓直流斷路器正常狀態(tài)下的分?jǐn)喾椒ǖ牟襟E示意圖，一種利用所述的零電壓直流斷路器的正常狀態(tài)下的分?jǐn)喾椒òㄒ韵虏襟E：

在第一步驟s1中，控制系統(tǒng)收到分閘指令并向斷路器發(fā)出分閘指令。

在第二步驟s2中，觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體t1導(dǎo)通，快速機(jī)械開關(guān)s1開始動(dòng)作，但根據(jù)快速機(jī)械開關(guān)s1響應(yīng)特性，此時(shí)快速機(jī)械開關(guān)s1并未打開，電流仍從主電流回路流過。

在第三步驟s3中，由于振蕩回路向主電流回路注入反相高頻振蕩電流強(qiáng)迫主電流回路電流過零，由于電感l(wèi)1相對(duì)較大，主電流回路電流被功率二極管d2鉗制在零電流，通過快速機(jī)械開關(guān)s1和控制系統(tǒng)的匹配，實(shí)現(xiàn)在電流過零期間打開快速機(jī)械開關(guān)s1，實(shí)現(xiàn)無弧分?jǐn)唷?/p>

在第四步驟s4中，主電流回路不斷向轉(zhuǎn)移電容c充電，當(dāng)電流轉(zhuǎn)移支路電容和系統(tǒng)電壓相等時(shí)，電流轉(zhuǎn)移支路電流過零，半控型功率半導(dǎo)體t1截止關(guān)斷，開斷過程完成，隔離開關(guān)v1打開。

圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的零電壓直流斷路器短路狀態(tài)下的分?jǐn)喾椒ǖ牟襟E示意圖，一種利用所述的零電壓直流斷路器的短路狀態(tài)下的分?jǐn)喾椒òㄒ韵虏襟E：

在第一步驟s1中，在線檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到系統(tǒng)電流達(dá)到設(shè)定閾值或者電流上升率達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出分閘指令。

在第二步驟s2中，觸發(fā)半控型功率半導(dǎo)體t2導(dǎo)通，快速機(jī)械開關(guān)s1開始動(dòng)作，但根據(jù)快速機(jī)械開關(guān)響應(yīng)特性，此時(shí)快速機(jī)械開關(guān)s1并未打開，電流仍從主電流回路流過。

在第三步驟s3中，快速機(jī)械開關(guān)s1打開，開始燃弧，振蕩回路向主電流回路注入反相高頻振蕩電流強(qiáng)迫主電流回路向電流轉(zhuǎn)移支路轉(zhuǎn)移，隨著主電流回路電流過零，由于電感l(wèi)2較小，快速機(jī)械開關(guān)s1延遲較長，使得快速機(jī)械開關(guān)s1在主電流回路電流過零之前打開。

在第四步驟s4中，主電流回路不斷向轉(zhuǎn)移電容c充電，當(dāng)斷路器兩端電壓超過過電壓限制支路的導(dǎo)通閾值時(shí)，過電壓限制支路導(dǎo)通，由于過電壓限制支路的通態(tài)電阻遠(yuǎn)小于電流轉(zhuǎn)移支路的通態(tài)電阻，電流快速向過電壓限制支路轉(zhuǎn)移。

在第五步驟s5中，當(dāng)電流轉(zhuǎn)移支路電流過零時(shí)，半控型功率半導(dǎo)體t2截止關(guān)斷，由于系統(tǒng)電壓小于過電壓限制支路的導(dǎo)通閾值，過電壓限制支路恢復(fù)高阻抗?fàn)顟B(tài)，開斷過程完成，隔離開關(guān)v1打開。

本發(fā)明通過在機(jī)械斷口兩端并聯(lián)功率二極管，有效限制了在開斷過程中機(jī)械斷口兩端的電壓的快速上升，同時(shí)增加了一路電感用于制造更長的電流過零時(shí)間，實(shí)現(xiàn)正常分?jǐn)嗲闆r下的無弧分?jǐn)?，增加了斷路器的正常分?jǐn)鄩勖瑫r(shí)增加了合閘輔助支路，在斷路器合閘時(shí)，預(yù)先導(dǎo)通輔助支路，實(shí)現(xiàn)斷路器的無弧合閘，同時(shí)也避免了斷路器則合閘時(shí)發(fā)生彈跳，對(duì)觸頭壽命造成的影響。

盡管以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方案和應(yīng)用領(lǐng)域，上述的具體實(shí)施方案僅僅是示意性的、指導(dǎo)性的，而不是限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本說明書的啟示下和在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍的情況下，還可以做出很多種的形式，這些均屬于本發(fā)明保護(hù)之列。