一種模塊化電力電子高壓直流斷路器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及電力電子高壓直流保護(hù)技術(shù)，具體涉及一種電力電子高壓直流斷路器。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓直流斷路器目前有混合式直流斷路器(如ABB提出的混合式直流斷路器)，混合式直流斷路器開(kāi)斷電流能力及工作電壓等級(jí)取決于電力電子器件，但由于目前IGBT等全控型電力電子器件單管額定電壓、電流均有限，在高壓、大電流應(yīng)用場(chǎng)合下，解決多管串、并聯(lián)等一系列技術(shù)問(wèn)題難度較大，對(duì)IGBT器件的制造一致性和同步驅(qū)動(dòng)控制要求很高，若其中一個(gè)IGBT不能與其他IGBT —起導(dǎo)通，它將承受全部高壓而損壞，由此導(dǎo)致其他IGBT的因承受高壓而連鎖損壞。ABB提出的混合式直流斷路器，采用了傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)技術(shù)和半導(dǎo)體器件，既解決了純機(jī)械高壓直流斷路器開(kāi)關(guān)速度慢的缺點(diǎn)，又解決了基于半導(dǎo)體高壓直流斷路器傳導(dǎo)損耗較大的缺點(diǎn)，但是在其中多個(gè)電力電子器件串聯(lián)，使用避雷器避免過(guò)電壓，內(nèi)部的電力電子器件極易因不同步導(dǎo)通而擊穿。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決電力電子器件的均壓?jiǎn)栴}，提供一種模塊化電力電子高壓直流斷路器。
[0004]本實(shí)用新型不僅僅適用于高壓直流輸電的保護(hù)，還可以適用于使用直流電的行業(yè)。
[0005]本實(shí)用新型可以通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0006]—種模塊化電力電子高壓直流斷路器，由多個(gè)混合開(kāi)關(guān)模塊串聯(lián)組成，每個(gè)混合開(kāi)關(guān)模塊均各自包括兩個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)、兩個(gè)電力電子開(kāi)關(guān)和均壓保護(hù)電路，其中一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)相應(yīng)地與一個(gè)電力電子開(kāi)關(guān)并聯(lián)；所有所述機(jī)械開(kāi)關(guān)的端口串聯(lián)。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)施地，第一電力電子開(kāi)關(guān)包括第一 IGBT和與第一 IGBT反向串聯(lián)的第一二極管；第二電力電子開(kāi)關(guān)包括第二 IGBT和與第二 IGBT反向串聯(lián)的第二二極管。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)施地，均壓保護(hù)電路包括第一電力電容、第一電力電容、第一電阻、第二電阻、第一電力二極管、第二電力二極管；其中第一電力電容負(fù)極與第一電力二級(jí)管正極連接，第一電力電容正極分別與第一 IGBT集電極連接和第二電阻一端連接，第二電阻另一端和第二電力電容的正極連接，第一電力二級(jí)管負(fù)極和第一 IGBT發(fā)射極連接；第二電力二級(jí)管負(fù)極第二電力電容正連接，第二電力電容負(fù)極極分別與第二 IGBT發(fā)射極和第一電阻一端連接，第一電阻另一端和第一電力電容的負(fù)極連接，第二電力二級(jí)管正極和第二IGBT集電極極連接。
[0009]本實(shí)用新型利用均壓保護(hù)電路，在電路開(kāi)斷過(guò)程中，IGBT不能同步導(dǎo)通，起到緩沖均壓的作用，不致產(chǎn)生過(guò)電壓，可以改善IGBT的工作條件，延長(zhǎng)使用壽命。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果:
[0011]本實(shí)用新型正常通態(tài)損耗小，在線(xiàn)路正常運(yùn)行時(shí)，電流只流經(jīng)機(jī)械開(kāi)關(guān)，不流經(jīng)電力電子開(kāi)關(guān)，幾乎不產(chǎn)生損耗；
[0012]本實(shí)用新型采用多個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)串聯(lián)，單個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力小；
[0013]本實(shí)用新型利用均壓保護(hù)電路能夠較好的解決當(dāng)電力電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通不同步的分壓?jiǎn)栴}；
[0014]本實(shí)用新型采用模塊化結(jié)構(gòu)，維護(hù)方便，損壞只需要替換掉響應(yīng)模塊；可以通過(guò)改變模塊數(shù)目靈活改變適用于各種電壓等級(jí)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是實(shí)例中所述模塊化電力電子高壓直流斷路器的混合開(kāi)關(guān)模塊電路圖。
[0016]圖2是實(shí)例中所述模塊化電力電子高壓直流斷路器電路圖。
[0017]圖3是實(shí)例中所述的一種模塊化電力電子高壓直流斷路器模的一種應(yīng)用實(shí)例的電路圖。
[0018]圖4是實(shí)例中模塊化電力電子高壓直流斷路器故障時(shí)關(guān)斷電路時(shí)IGBT電壓波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施作進(jìn)一步說(shuō)明，但本實(shí)用新型的實(shí)施和保護(hù)范圍不限于此。
[0020]如圖2所示，一種模塊化電力電子高壓直流斷路器，由多個(gè)混合開(kāi)關(guān)模塊I串聯(lián)組成。
[0021]如圖1所示，每個(gè)混合開(kāi)關(guān)模塊均各自包括兩個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)(K1、K2)、兩個(gè)電力電子開(kāi)關(guān)和均壓保護(hù)電路，其中一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)相應(yīng)地與一個(gè)電力電子開(kāi)關(guān)并聯(lián)；所有所述機(jī)械開(kāi)關(guān)的端口串聯(lián)。第一電力電子開(kāi)關(guān)包括第一 IGBTTl和與第一 IGBTTl反向串聯(lián)的第一二極管D3 ;第二電力電子開(kāi)關(guān)包括第二 IGBTT2和與第二 IGBTT2反向串聯(lián)的第二二極管D4。均壓保護(hù)電路包括第一電力電容Cl、第一電力電容C2、第一電阻Rl、第二電阻R2、第一電力二極管D1、第二電力二極管D2 ;其中第一電力電容Cl負(fù)極與第一電力二級(jí)管正極連接，第一電力電容Cl正極分別與第一 IGBTTl集電極連接和第二電阻R2 —端連接，第二電阻R2另一端和第二電力電容C2的正極連接，第一電力二級(jí)管Dl負(fù)極和第一 IGBTTl發(fā)射極連接；第二電力二級(jí)管D2負(fù)極第二電力電容C2正連接，第二電力電容C2負(fù)極極分別與第二IGBTT2發(fā)射極和第一電阻Rl —端連接，第一電阻Rl另一端和第一電力電容Cl的負(fù)極連接，第二電力二級(jí)管D2正極和第二 IGBTT2集電極極連接。
[0022]如圖3所示，應(yīng)用實(shí)例中由多個(gè)混合開(kāi)關(guān)模塊I串聯(lián)組成的模塊化電力電子高壓直流斷路器，接在電源兩端。另有隔離開(kāi)關(guān)Κ0，其作用是待電路關(guān)斷后隔離電壓，電路干路接入限流電路，所述限流電路包括限流電感LO和緩沖電路，緩沖電路包括第三二極管D0、第三電阻RO，所述限流電感一端分別與第三電阻RO的一端和電流流出端連接，第三電阻RO另一端與第三二極管DO正極連接，第三二極管DO負(fù)極和限流電感的另一端分別和電流流入端相接。
[0023]限流電路目的是限制短路電流上升。
[0024]以下簡(jiǎn)述模塊化電力電子高壓直流斷路器的工作原理。
[0025]在正常工作期間，混合開(kāi)關(guān)模塊的機(jī)械開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，混合開(kāi)關(guān)模塊的電力電子開(kāi)關(guān)關(guān)斷，此時(shí)電流流過(guò)機(jī)械開(kāi)關(guān)電路接通。
[0026]如果模塊化電力電子高壓直流斷路器斷路器接收到跳閘信號(hào)，機(jī)械開(kāi)關(guān)先動(dòng)作跳閘，其斷口產(chǎn)生電弧，繼而IGBT相繼導(dǎo)通，均壓保護(hù)電路在此過(guò)程中充電，起到了緩沖均壓的作用，在IGBT全部導(dǎo)通后，電流由機(jī)械開(kāi)關(guān)流向模塊內(nèi)IGBT，機(jī)械開(kāi)關(guān)斷口電弧熄滅，電弧熄滅，關(guān)斷短路電流；電弧熄滅后發(fā)出關(guān)斷IGBT信號(hào)，此時(shí)IGBT相繼關(guān)斷，同理，緩沖均壓電路充電，至穩(wěn)態(tài)電壓，此時(shí)電路完全關(guān)斷。
[0027]對(duì)圖3的電路進(jìn)行測(cè)試，以驗(yàn)證其其均壓效果，本實(shí)例得到如圖4的IGBT電壓波形圖。
[0028]橫坐標(biāo)為時(shí)間軸，縱坐標(biāo)為IGBT電壓。
[0029]tl時(shí)刻直流回路發(fā)生短路；t2時(shí)刻機(jī)械開(kāi)關(guān)跳閘，但兩端口燃起電弧；
[0030]t3-t4時(shí)刻IGBT相繼導(dǎo)通，緩沖均壓電路由零狀態(tài)開(kāi)始充電，由波形圖可見(jiàn)，IGBT電壓由零開(kāi)始增加，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓；
[0031]t4-t5機(jī)械開(kāi)關(guān)熄弧，關(guān)斷短路電流；
[0032]t5-t6時(shí)間內(nèi)IGBT相繼關(guān)斷，均壓緩沖電路充電到穩(wěn)態(tài)值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種模塊化電力電子高壓直流斷路器，其特征是由多個(gè)混合開(kāi)關(guān)模塊串聯(lián)組成，每個(gè)混合開(kāi)關(guān)模塊均各自包括兩個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)、兩個(gè)電力電子開(kāi)關(guān)和均壓保護(hù)電路，其中一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)相應(yīng)地與一個(gè)電力電子開(kāi)關(guān)并聯(lián)；所有所述機(jī)械開(kāi)關(guān)的端口串聯(lián)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化電力電子高壓直流斷路器，其特征是:兩個(gè)電力電子開(kāi)關(guān)中，第一電力電子開(kāi)關(guān)包括第一 IGBT(Tl)和與第一 IGBT(Tl)反向串聯(lián)的第一二極管(D3);第二電力電子開(kāi)關(guān)包括第二 IGBT(T2)和與第二 IGBT(T2)反向串聯(lián)的第二二極管(D4)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化電力電子高壓直流斷路器，其特征是:均壓保護(hù)電路包括第一電力電容(Cl)、第一電力電容(C2)、第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第一電力二極管(D1)、第二電力二極管(D2);其中第一電力電容(Cl)負(fù)極與第一電力二級(jí)管正極連接，第一電力電容(Cl)正極分別與第一 IGBT(Tl)集電極連接和第二電阻(R2) —端連接，第二電阻(R2)另一端和第二電力電容(C2)的正極連接，第一電力二級(jí)管(Dl)負(fù)極和第一IGBT(Tl)發(fā)射極連接；第二電力二級(jí)管(D2)負(fù)極第二電力電容(C2)正連接，第二電力電容(C2)負(fù)極極分別與第二 IGBT(T2)發(fā)射極和第一電阻(Rl) —端連接，第一電阻(Rl)另一端和第一電力電容(Cl)的負(fù)極連接，第二電力二級(jí)管(D2)正極和第二 IGBT(T2)集電極極連接。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種模塊化電力電子高壓直流斷路器，由多個(gè)混合開(kāi)關(guān)模塊串聯(lián)組成，每個(gè)混合開(kāi)關(guān)模塊均各自包括兩個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)、兩個(gè)電力電子開(kāi)關(guān)和均壓保護(hù)電路，其中一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)相應(yīng)地與一個(gè)電力電子開(kāi)關(guān)并聯(lián)；所有所述機(jī)械開(kāi)關(guān)的端口串聯(lián)。本實(shí)用新型正常通態(tài)損耗小，在線(xiàn)路正常運(yùn)行時(shí)，電流只流經(jīng)機(jī)械開(kāi)關(guān)，不流經(jīng)電力電子開(kāi)關(guān)，幾乎不產(chǎn)生損耗；本實(shí)用新型采用多個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)串聯(lián)，單個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力?。槐緦?shí)用新型利用均壓保護(hù)電路能夠較好的解決當(dāng)電力電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通不同步的分壓?jiǎn)栴}本實(shí)用新型不僅僅適用于高壓直流輸電的保護(hù)，所述模塊還可以適用于使用直流電的行業(yè)。
【IPC分類(lèi)】H02H3/087, H02H3/02
【公開(kāi)號(hào)】CN204761002
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520435164
【發(fā)明人】張波, 徐琪
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年6月23日