本發(fā)明涉及一種新型混合型直流斷路器及功率單元，屬于直流輸電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

基于柔性直流的多端直流輸電和直流電網(wǎng)技術(shù)對于大幅提高電網(wǎng)接納可再生能源的能力，實現(xiàn)可再生能源的遠距離調(diào)配具有重大意義。隨著直流電網(wǎng)電壓及輸電容量的提高，對于直流斷路器開斷電流的靈活性及可靠性有了更高要求。

公開號為CN105609344A的發(fā)明專利“一種混合式直流斷路器拓撲結(jié)構(gòu)”公開了一種直流斷路器拓撲結(jié)構(gòu)，該拓撲結(jié)構(gòu)的固態(tài)開關(guān)S包括若干個串聯(lián)連接的IGBT模塊，每個IGBT模塊由兩個IGBT反向串聯(lián)組成，用于實現(xiàn)雙向關(guān)斷故障電流。但是，由于多個IGBT模塊串聯(lián)連接，當(dāng)其中任何一個IGBT發(fā)生故障時，則斷路器在該IGBT導(dǎo)通的方向不再具有切斷能力，當(dāng)任意兩個反向?qū)ǖ腎GBT發(fā)生故障，則該斷路器不再具備切斷功能，斷路器開斷故障電流的可靠性和靈活性較差。

因此，基于上述分析，如何在快速隔離故障的同時，增強開斷故障電流的靈活性和可靠性，成為混合式高壓直流斷路器研究中的關(guān)鍵性問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種新型混合型直流斷路器及功率單元，用于解決直流斷路器中全控型功率器件串聯(lián)連接，導(dǎo)致直流斷路器開斷故障電流可靠性和靈活性較差的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明包括：

一種功率單元，所述功率單元包括并聯(lián)連接的至少一條正向通道支路和至少一條反向通道支路；所述正向通道支路和反向通道支路均包含同向串聯(lián)的一個全控型功率器件和一個二極管，所述正向通道支路和反向通道支路的導(dǎo)通方向相反。

進一步地，所述功率單元還包括一條電容支路；所述電容支路包括一個電容，所述電容支路與所述正向通道支路和所述反向通道支路并聯(lián)連接。

進一步地，所述功率單元還包括一條雙向通道支路，所述雙向通道支路包括兩個反向串聯(lián)的全控型功率器件。

進一步地，所述全控型功率器件為IGBT或IGCT。

一種新型混合型直流斷路器，所述直流斷路器包括并聯(lián)連接的換流支路、開斷支路和能量吸收支路；所述換流支路包括一個機械開關(guān)和至少一個換流單元，所述開斷支路包括若干個串聯(lián)連接的開斷單元，其特征在于，所述開斷單元采用一種特定功率單元結(jié)構(gòu)，所述特定功率單元結(jié)構(gòu)包括并聯(lián)連接的至少一條正向通道支路和至少一條反向通道支路，所述正向通道支路和反向通道支路均包含同向串聯(lián)的一個全控型功率器件和一個二極管，所述正向通道支路和反向通道支路的導(dǎo)通方向相反。

進一步地，所述特定功率單元結(jié)構(gòu)還包括一條電容支路，所述電容支路包括一個電容，所述電容支路與所述正向通道支路和所述反向通道支路并聯(lián)連接。

進一步地，所述特定功率單元結(jié)構(gòu)還包括一條雙向通道支路，所述雙向通道支路包括兩個反向串聯(lián)的全控型功率器件。

進一步地，所述換流單元采用所述的特定功率單元結(jié)構(gòu)。

進一步地，所述全控型功率器件為IGBT或IGCT。

本發(fā)明的有益效果是:

與現(xiàn)有技術(shù)其他方案相比，本發(fā)明的功率單元采用正向通道支路和反向通道支路并聯(lián)連接的方式，增強了線路的可靠性和靈活性。當(dāng)該功率單元中包含多條正向通道支路和反向通道支路時，可有效提高新型混合型直流斷路器切斷故障電流的能力。

另外，所述功率單元中還包含有并聯(lián)電容支路，用于吸收故障電流，可有效減小故障電流對功率器件的損壞作用，相應(yīng)提高了直流斷路器的使用壽命。

附圖說明

圖1是實施例1中的功率單元拓撲；

圖2是實施例2中的功率單元拓撲；

圖3是實施例3中的功率單元拓撲；

圖4是實施例4中的功率單元拓撲；

圖5是新型混合型直流斷路器拓撲結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

本發(fā)明提出了一種新型混合型直流斷路器及功率單元，其主要改進在于：將多條正向通道支路和反向通道支路并聯(lián)連接，同時并聯(lián)有一條電容支路，增強了混合式直流斷路器接線的靈活性和可靠性，避免了故障電流對功率器件的沖擊損耗，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。

一種功率單元實施例1；

參照圖1，該功率單元包括并聯(lián)連接的一個正向通道支路和一個反向通道支路，其中正向通道支路由IGBT(1)和二極管(2)組成，反向通道支路由IGBT(4)和二極管(3)組成，且IGBT(1)和IGBT(4)的兩端分別反并聯(lián)一個二極管，其中正向通道支路的導(dǎo)通方向沿圖1中箭頭方向，反向通道支路的導(dǎo)通方向與正向通道支路的導(dǎo)通方向相反。

一種功率單元實施例2；

參照圖2，該功率單元包括并聯(lián)連接的一條電容支路、一個正向通道支路和一個反向通道支路；電容器支路包括一個電容(9)，正向通道支路由IGBT(5)和二極管(6)組成，反向通道支路由IGBT(8)和二極管(7)組成，且IGBT(5)和IGBT(8)的兩端分別反并聯(lián)一個二極管，其中正向通道支路的導(dǎo)通方向沿圖2中箭頭方向，反向通道支路的導(dǎo)通方向與正向通道支路的導(dǎo)通方向相反。

一種功率單元實施例3；

參照圖3，該功率單元包括并聯(lián)連接的一條電容支路、一條正向通道支路、一條反向通道支路和一條雙向通道支路；其中，電容器支路包括一個電容(16)，正向通道支路由IGBT(10)和二極管(11)同向串聯(lián)組成，反向通道支路由IGBT(15)和二極管(14)組成同向串聯(lián)，雙向通道支路由IGBT(12)和IGBT(13)的反串聯(lián)組成，IGBT(10)、IGBT(12)、IGBT(13)和IGBT(15)的兩端分別反并聯(lián)一個二極管，其中正向通道支路的導(dǎo)通方向沿圖3中箭頭方向，反向通道支路的導(dǎo)通方向與正向通道支路的導(dǎo)通方向相反。

一種功率單元實施例4；

參照圖4，該功率單元包括并聯(lián)連接的一條電容支路、兩條正向通道支路和兩條反向通道支路；其中，電容器支路包括一個電容(25)，第一條正向通道支路由IGBT(17)和二極管(18)同向串聯(lián)組成，第二條正向通道支路由IGBT(19)和二極管(20)同向串聯(lián)組成，第一條反向通道支路由IGBT(22)和二極管(21)同向串聯(lián)組成，第二條反向通道支路由IGBT(24)和二極管(23)同向串聯(lián)組成，其中正向通道支路的導(dǎo)通方向沿圖4中箭頭方向，反向通道支路的導(dǎo)通方向與正向通道支路的導(dǎo)通方向相反。

另外，上述四種功率單元實施例中的IGBT還可采用其他全控型器件替代，例如IGCT。

參照實施例3中增加雙向通道支路的方式以及實施例4中增加正向通道支路和反向通道支路的方式，在需要的情況下，還可在功率單元中類似增加更多的并聯(lián)正向通道支路和反向通道支路以及雙向通道支路，以增強單元模塊的通流能力和靈活性。

一種新型混合型直流斷路器實施例；

參照圖5，該直流斷路器包括并聯(lián)連接的換流支路、開斷支路和能量吸收支路。其中，換流支路包括一個機械開關(guān)和若干個換流單元，開斷支路包括若干個串聯(lián)連接的開斷單元，能量吸收支路包括避雷器單元。

其中，開斷單元采用上述功率單元實施例1至4中任意一種功率單元結(jié)構(gòu)，由于該功率單元結(jié)構(gòu)的介紹已在上述的內(nèi)容中詳細給出，在此不再贅述。

另外，換流單元可以采用上述功率單元實施例1至4中任意一種功率單元結(jié)構(gòu)，也可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的H橋結(jié)構(gòu)或者半橋結(jié)構(gòu)，且換流單元的個數(shù)小于開斷單元。

新型混合型直流斷路器的工作原理：

當(dāng)直流電網(wǎng)發(fā)生故障，直流斷路器發(fā)出開斷命令后，開斷單元中的IGBT導(dǎo)通，換流單元中的IGBT關(guān)斷，待電流全部轉(zhuǎn)移到開斷支路上時，快速機械開關(guān)分斷，當(dāng)機械開關(guān)的刀閘開距足夠大時，關(guān)斷開斷單元中IGBT，故障電流對開斷單元中并聯(lián)的電容進行充電，當(dāng)電容電壓達到避雷器的動作閾值時，避雷器動作，消耗故障電流，直流斷路器開斷完成。