自充电电容换流型低压固态断路器及方法

本发明属于断路器，特别是自充电电容换流型低压固态断路器及方法。

背景技术：

1、断路器作为输配电系统中不可或缺的保护设备，能够实现故障电流的快速切除。随着电力电子器件的快速发展，采用半导体器件作为开关的固态断路器得到应用和发展。相较于传统机械式断路器，固态断路器体积小、分断速度快、开断无弧，在中低压领域具有较大的优势。但是受限于igbt、mosfet等全控型器件单只容量有限，固态断路器关断能力的提升存在较大限制。而采用多个器件并联的方式提升固态断路器关断能力时，并联器件会产生动态不均流、栅极震荡等问题，同样限制了器件应用于固态开关的关断能力。

2、在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了自充电电容换流型低压固态断路器及方法，利用换流电容向半导体开关注入反向电流，以减小半导体开关所关断电流的大小，可以实现固态开关短路关断能力的提升，减少半导体器件并联数，在提升开断容量和可靠性的同时降低了固态断路器的成本。

2、本发明采用如下技术方案：

3、自充电电容换流型低压固态断路器由通流支路、向通流支路注入反向电流的换流支路、对换流支路进行充电的自充电支路和耗能支路组成，其中，通流支路包括半导体开关器件s1，换流支路包括换流电容c和晶闸管t，换流电容c一端连接所述半导体开关器件s1的一端，晶闸管t一端连接所述换流电容c另一端，晶闸管t另一端连接所述半导体开关器件s1的另一端，自充电支路包括电感l和二极管d，所述电感l的一端连接所述半导体开关器件s1与所述换流电容c互联的一端，所述二极管d的一端连接所述电感的另一端，所述二极管d的另一端连接换流电容c与晶闸管t互连的一端，耗能支路由金属避雷器mov，其并联于半导体开关s1。

4、所述的自充电电容换流型低压固态断路器中，半导体开关s1为全控型半导体开关器件。

5、所述的自充电电容换流型低压固态断路器中，限流电感l为线圈绕制的空心电感。

6、所述的自充电电容换流型低压固态断路器中，晶闸管t为单向导通的半控型器件。

7、所述的自充电电容换流型低压固态断路器中，通流支路包括多个串联的半导体开关器件。

8、所述的自充电电容换流型低压固态断路器中，晶闸管t包括一对反向并联的晶闸管以及串联一对反向并联的晶闸管的空心电感。

9、所述的自充电电容换流型低压固态断路器中，二极管d替换为一对反向并联的晶闸管。

10、所述的自充电电容换流型低压固态断路器中，限流电感l上感应出电压，通过二极管d向换流电容c充电。

11、所述的自充电电容换流型低压固态断路器中，导通晶闸管t，换流电容c向半导体开关s1注入反向电流。

12、自充电电容换流型低压固态断路器的开断方法包括以下步骤，

13、系统在正常通流情况下，系统电流流经电感l和导通的半导体开关s1，此时换流支路、自充电支路和耗能支路均无电流流过；

14、系统发生短路故障时，限流电感l限制短路电流上升率，限流电感l上感应出电压，通过二极管d向换流电容c充电，然后导通晶闸管t，换流电容c向半导体开关s1注入反向电流，半导体开关s1电流下降至安全关断范围时控制半导体开关s1关断，电流转移至耗能支路中耗散，完成短路故障开断。

15、和现有技术相比，本发明具有以下优点：

16、自充电电容换流型低压固态断路器断路器可以开断额定电流，利用限流电感可以限制短路故障电流上升率，利用换流支路提升半导体开关器件开断能力，进行短路故障的开断，实现固态开关短路关断能力的提升，减少半导体器件并联数，在提升开断容量的同时降低了固态断路器的成本。

技术特征：

1.一种自充电电容换流型低压固态断路器，其特征在于，其由通流支路、向通流支路注入反向电流的换流支路、对换流支路进行充电的自充电支路和耗能支路组成，其中，通流支路包括半导体开关器件s1，换流支路包括换流电容c和晶闸管t，换流电容c一端连接所述半导体开关器件s1的一端，晶闸管t一端连接所述换流电容c另一端，晶闸管t另一端连接所述半导体开关器件s1的另一端，自充电支路包括电感l和二极管d，所述电感l的一端连接所述半导体开关器件s1与所述换流电容c互联的一端，所述二极管d的一端连接所述电感的另一端，所述二极管d的另一端连接换流电容c与晶闸管t互连的一端，耗能支路由金属避雷器mov，其并联于半导体开关s1。

2.根据权利要求1所述的自充电电容换流型低压固态断路器，其特征在于，优选的，半导体开关s1为全控型半导体开关器件。

3.根据权利要求1所述的自充电电容换流型低压固态断路器，其特征在于，限流电感l为线圈绕制的空心电感。

4.根据权利要求1所述的自充电电容换流型低压固态断路器，其特征在于，晶闸管t为单向导通的半控型器件。

5.根据权利要求1所述的自充电电容换流型低压固态断路器，其特征在于，通流支路包括多个串联的半导体开关器件。

6.根据权利要求1所述的自充电电容换流型低压固态断路器，其特征在于，晶闸管t包括一对反向并联的晶闸管以及串联一对反向并联的晶闸管的空心电感。

7.根据权利要求1所述的自充电电容换流型低压固态断路器，其特征在于，二极管d替换为一对反向并联的晶闸管。

8.根据权利要求1所述的自充电电容换流型低压固态断路器，其特征在于，限流电感l上感应出电压，通过二极管d向换流电容c充电。

9.根据权利要求1所述的自充电电容换流型低压固态断路器，其特征在于，导通晶闸管t，换流电容c向半导体开关s1注入反向电流。

10.权利要求1-9中任一项所述的自充电电容换流型低压固态断路器的开断方法，其特征在于，其包括以下步骤，

技术总结
一种自充电电容换流型低压固态断路器及方法，自充电电容换流型低压固态断路器中，其由通流支路、向通流支路注入反向电流的换流支路、对换流支路进行充电的自充电支路和耗能支路组成，其中，通流支路包括半导体开关器件S1，换流支路包括换流电容C和晶闸管T，换流电容C一端连接半导体开关器件S1的一端，晶闸管T一端连接换流电容C另一端，晶闸管T另一端连接半导体开关器件S1的另一端，自充电支路包括电感L和二极管D，电感L的一端连接半导体开关器件S1与换流电容C互联的一端，二极管D的一端连接电感的另一端，二极管D的另一端连接换流电容C与晶闸管T互连的一端，耗能支路由金属避雷器MOV，其并联于半导体开关S1。

技术研发人员：吴翊,吴益飞,荣命哲,吴鑫,庄伟斌,胡杨
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/2