一種橋式電路、高壓直流斷路器及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于斷路器技術領域，特別涉及一種橋式電路及其控制方法，以及基于該橋式電路的高壓直流斷路器及其控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著多端直流輸電技術的發展，高壓直流斷路器將成為保證系統安全穩定運行的關鍵設備之一。
[0003]中國專利公開號CN102823121A公開了用于限制電力傳輸或分配線的電流和使其斷路的裝置中的開關模塊，其功率半導體開關器件兩端均并聯有一個RCD緩沖電路，或每兩個反向串聯連接的功率半導體開關器件共用一個全橋RCD緩沖電路。由于直流斷路器分斷電流大，功率半導體開關器件多采用壓接式器件。RCD緩沖電路僅可安裝在狹窄的散熱器和壓接式功率半導體開關器件的厚度空間內，厚度往往在50mm?80mm之間，不利于二極管和電容的選型與安裝。此外，直流斷路器采用的功率半導體開關器件數量很多，從而RCD緩沖電路的數量也很多。
[0004]中國專利公開號CN103280763A公開了一種直流斷路器及其實現方法，通過全橋/半橋結構換流器級聯構成斷流單元和換流單元。全橋結構換流器中四個功率半導體開關器件共用一個電容器作為緩沖電路，半橋結構換流器中兩個功率半導體開關器件共用一個電容器作為緩沖電路，相比CN102823121A，其緩沖電路數量少且安裝空間大。但是該直流斷路器在完成電流分斷操作后，全橋/半橋結構換流器的電容器帶有高電壓，若此時進行重合閘操作，將導致全橋或半橋的橋臂短路放電，使功率半導體開關器件損壞。重合閘是指當線路故障清除后，在短時間內閉合斷路器；由于實際上大多數線路故障為瞬時或暫時性的，因此重合閘是運行中常采用的自恢復供電方法之一，是斷路器不可或缺的重要功能。
[0005]基于目前斷路器結構中存在的前述問題，本案發明人進行深入研究，終有本案產生。
【發明內容】
[0006]本發明的目的，在于提供一種橋式電路及其控制方法，其包含的RCD緩沖模塊數量少，安裝空間大。
[0007]本發明的另一目的，在于提供一種高壓直流斷路器及其控制方法，其具有重合閘功能。
[0008]為了達成上述目的，本發明的解決方案是:
[0009]—種橋式電路，包括Η橋開關模塊和RCD緩沖模塊，其中，Η橋開關模塊包含有4個分別連接反并聯二極管的功率半導體開關器件，第一功率半導體開關器件的負極與第二功率半導體開關器件的正極連接構成第一橋臂，第三功率半導體開關器件的負極與第四功率半導體開關器件的正極連接構成第二橋臂；第一、第二橋臂同向并聯，并將第一、第二橋臂的中點分別作為Η橋開關模塊的輸入端、輸出端；
[0010]所述RCD緩沖模塊包括二極管、電容和兩個電阻，其中，二極管的陰極連接電容的一端，二極管的陽極連接第一功率半導體開關器件的正極，電容的另一端連接第二功率半導體開關器件的負極，且兩個電阻分別并聯在二極管、電容的兩端。
[0011 ] 上述功率半導體開關器件采用IGBT或IEGT時，所述正極為其集電極，所述負極為其發射極；所述功率半導體開關器件采用IGCT時，所述正極為其陽極，所述負極為其陰極；所述功率半導體開關器件采用M0SFET時，所述正極為其漏極，所述負極為其源極。
[0012]—種橋式電路的控制方法，用于控制橋式電路工作在導通模式和分斷模式兩種工作狀態:
[0013]1)導通模式:四個功率半導體開關器件均處于開通狀態；
[0014]2)分斷模式:四個功率半導體開關器件均處于閉鎖狀態。
[0015]一種高壓直流斷路器，包括相互并聯的通態支路、分斷支路和耗能支路，其中，通態支路由至少一個快速機械開關和至少一個如前所述的橋式電路串聯連接構成，分斷支路由至少一個如前所述的橋式電路串聯連接構成，耗能支路由非線性電阻構成，且通態支路中的橋式電路數量小于分斷支路中的橋式電路數量。
[0016]一種高壓直流斷路器的控制方法，包括如下內容:
[0017]—)當直流系統正常運行時，通態支路的快速機械開關處于閉合狀態、橋式電路處于導通模式，分斷支路的橋式電路處于分斷模式、RCD緩沖模塊中電容兩端電壓為零；
[0018]二)線路發生短路故障，系統要求直流斷路器分斷時:
[0019]①首先開通分斷支路的橋式電路，再閉鎖通態支路的橋式電路；
[0020]②當通態支路電流完全轉移至分斷支路后，分斷通態支路的快速機械開關；
[0021]③當快速機械開關無弧分斷后，閉鎖分斷支路的橋式電路，此時故障電流轉移至非線性電阻中，直至系統能量被其所消耗吸收，此時高壓直流斷路器完成分斷；
[0022]三)直流斷路器完成分斷后短時間內，系統要求重合閘時:
[0023]①首先開通分斷支路的橋式電路；
[0024]②當故障電流不超過過流保護定值并保持一定時間后，開通通態支路的橋式電路和閉合快速機械開關；
[0025]③當電流完全從分斷支路轉移至通態支路后，閉鎖分斷支路的橋式電路；至此完成重合閘操作完成。
[0026]采用上述方案后，本發明所達到的有益效果是:
[0027](1)本發明提供的高壓直流斷路器用橋式電路，具有緩沖電路少、安裝空間大等優占.ν ，
[0028](2)本發明提供的高壓直流斷路器拓撲，具有重合閘功能；
[0029](3)本發明提供的高壓直流斷路器拓撲，采用模塊化橋式電路結構，有利于功率半導體器件串聯均壓；
【附圖說明】
[0030]圖1是本發明中橋式電路的電路圖；
[0031]圖2是本發明中高壓直流斷路器的電路圖。
【具體實施方式】
[0032]以下將結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0033]如圖1所示，本發明提供一種橋式電路，包括Η橋開關模塊和RCD緩沖模塊，其中，Η橋開關模塊包含有4個功率半導體開關器件Q1-Q4，且每個功率半導體開關器件都連接一個反并聯二極管；Q1和Q2同向串聯構成第一橋臂，具體是將Q1的負極與Q2的正極連接，而Q3和Q4同向串聯構成第二橋臂，具體是將Q3的負極與Q4的正極連接；將第一、第二橋臂同向并聯，也即將Q1的正極與Q3的正極連接，將Q2和Q4的負極連接，并將第一橋臂的中點(也即Q1和Q2的連接點)作為Η橋開關模塊的輸入端，將第二橋臂的中點(也即Q3和Q4的連接點)作為Η橋開關模塊的輸出端。
[0034]所述RCD緩沖模塊包括有二極管D1、電容C1和兩個電阻Rl、R2，其中，D1的陰極連接C1的一端，二者構成串聯支路，而R1并聯在D1的兩端，R2并聯在C2的兩端；所述串聯支路與前述第一橋臂(或第二橋臂)并聯，具體是D1的陽極連接Q1 (或Q3)的正極，C1的另一端連接Q2 (或Q4)的負極。
[0035]其中，所述功率半導體開關器件是指全控型器件，當采用IGBT或IEGT時，所述正極為其集電極，所述負極為其發射極；所述功率半導體開關器件采用IGCT時，所述正極為其陽極，所述負極為其陰極；所述功率半導體開關器件采用M0SFET時，所述正極為其漏極，所述負極為其源極。需要說