技术领域
[0001] 本
发明涉及直流电
力系统故障保护技术领域，特别是指一种双向开断的混合式直流断路器。
背景技术
[0002] 在航空领域，多电/全电飞机广泛采用机电作动器和功率电传技术，供电系统的功率大幅提高。传统的28V低压直流电源已无法满足现代飞机的用电需要，从而推进了270V高压直流电源系统的发展。在民用电领域，随着分布式
能源发电和交直流输电等新技术的发展，直流配电和用电系统的容量也在不断增加。此外，在舰船、轨道交通和电动
汽车等领域，直流电源系统也有大量的应用。由于直流系统无自然过零点，在断路器执行保护动作过程中，难度增大。
[0003] 为了实现双向开断功能，现有的双向直流断路器大多需要使用多个全控器件，
硬件成本高。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种双向开断的混合式直流断路器，以解决
现有技术所存在的双向直流断路器需要使用多个全控器件，硬件成本高的问题。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明
实施例提供一种双向开断的混合式直流断路器，包括：主
电流支路、
电压缓冲支路、电流转移
电路和
能量吸收支路；其中，所述主电流支路、电压缓冲支路、电流转移电路和能量吸收支路并联；
[0006] 所述主电流支路包括机械
开关，用于流通正常状态下负荷电路的电流；
[0007] 所述电流转移电路是由一个全控型器件和基于
二极管的全桥整流模
块组成的双向开断电路，用于在所述混合式直流断路器所在系统发生故障时，实现
故障电流从主电流支路的转移；
[0008] 所述电压缓冲支路，用于减缓故障电流开断过程中机械开关两端电压的上升速率；
[0009] 所述能量吸收支路，用于吸收系统中存储的能量。
[0010] 进一步地，所述全桥整流模块是由二极管D1、D2、D3和D4组成的全桥整流电路，二极管D1和D4的联结端作为全桥整流电路的第一联结端，二极管D2和D3的联结端作为全桥整流电路的第二联结端，二极管D3和D4的联结端作为全桥整流电路的第三联结端，二极管D1和D2的联结端作为全桥整流电路的第四联结端；
[0011] 所述全控型器件的一端与全桥整流电路的第一联结端相连，全控型器件的另一端与全桥整流电路的第二联结端相连。
[0012] 进一步地，D1、全控型器件、D3组成第一电流转移支路，D4、全控型器件、D2组成第二电流转移支路；
[0013] D1、全控型器件、D3用于控制第一电流转移支路的导通与关断；
[0014] D4、全控型器件、D2用于控制第二电流转移支路的导通与关断；
[0015] 在所述混合式直流断路器所在系统发生故障时，控制全控型器件导通，分断机械开关，根据电流流向，故障电流向第一电流转移支路或第二转移支路转移，当故障电流全部转移至第一电流转移支路或第二转移支路之后，主电流支路上电流为零，控制全控型器件关断，实现故障电流开断。
[0016] 进一步地，所述全控型器件包括：
门极可关断晶闸管或
绝缘栅双极晶体管。
[0017] 进一步地，所述电压缓冲支路包括：
串联的
电阻和电容。
[0018] 进一步地，所述能量吸收支路，用于吸
收线路电感和感性负载中存储的能量。
[0019] 进一步地，所述能量吸收支路包括：金属
氧化物压敏电阻。
[0020] 进一步地，当故障电流全部转移至第一电流转移支路或第二转移支路后，机械开关断口出现过电压，若过电压小于金属氧化物压敏电阻的保护电压值，则所述电压缓冲支路吸收储存在线路电感和感性负载中的能量；
[0021] 若过电压大于等于金属氧化物压敏电阻的保护电压值，则所述能量吸收支路吸收储存在线路电感和感性负载中的能量。
[0022] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：
[0023] 上述方案中，通过采用由一个全控型器件和基于二极管的全桥整流模块组成的双向开断电路，利用换流过程，实现双向直流故障电流开断功能，且所述混合式直流断路器体积小、重量小、控制策略简单、可靠性高，能够满足航空等领域的直流电力系统保护应用要求，在相同电流和电压等级下，硬件成本可以至少节省一半。
附图说明
[0024] 图1为本发明实施例提供的双向开断的混合式直流断路器的结构示意图。
[0025] 图2为本发明实施例提供的根据电流流向，第一电流转移支路、第二转移支路转移的电流流向示意图。
具体实施方式
[0026] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0027] 本发明针对现有的双向直流断路器需要使用多个全控器件，硬件成本高的问题，提供一种双向开断的混合式直流断路器。
[0028] 如图1所示，本发明实施例提供的双向开断的混合式直流断路器，包括：主电流支路13、电压缓冲支路12、电流转移电路14和能量吸收支路11；其中，所述主电流支路13、电压缓冲支路12、电流转移电路14和能量吸收支路11并联；
[0029] 所述主电流支路13包括机械开关S，用于流通正常状态下负荷电路的电流；
[0030] 所述电流转移电路14是由一个全控型器件和基于二极管的全桥整流模块组成的双向开断电路，用于在所述混合式直流断路器所在系统发生故障时，实现故障电流从主电流支路的转移；
[0031] 所述电压缓冲支路12，用于减缓故障电流开断过程中机械开关两端电压的上升速率；
[0032] 所述能量吸收支路11，用于吸收系统中存储的能量。
[0033] 本发明实施例所述的双向开断的混合式直流断路器，采用由一个全控型器件和基于二极管的全桥整流模块组成的双向开断电路，利用换流过程，实现双向直流故障电流开断功能，且所述混合式直流断路器体积小、重量小、控制策略简单、可靠性高，能够满足航空等领域的直流电力系统保护应用要求，在相同电流和电压等级下，硬件成本可以至少节省一半。
[0034] 在前述双向开断的混合式直流断路器的具体实施方式中，进一步地，所述全桥整流模块是由二极管D1、D2、D3和D4组成的全桥整流电路，二极管D1和D4的联结端作为全桥整流电路的第一联结端，二极管D2和D3的联结端作为全桥整流电路的第二联结端，二极管D3和D4的联结端作为全桥整流电路的第三联结端，二极管D1和D2的联结端作为全桥整流电路的第四联结端；
[0035] 所述全控型器件的一端与全桥整流电路的第一联结端相连，全控型器件的另一端与全桥整流电路的第二联结端相连。
[0036] 本实施例中，如图1所示，所述全桥整流电路的第四联结端与所述并联电路的第一联结端1连接，所述全桥整流电路的第三联结端与所述并联电路的第二联结端2连接。
[0037] 在前述双向开断的混合式直流断路器的具体实施方式中，进一步地，如图1所示，D1、全控型器件T1、D3组成第一电流转移支路，D4、全控型器件T1、D2组成第二电流转移支路；
[0038] D1、全控型器件T1、D3用于控制第一电流转移支路的导通与关断；
[0039] D4、全控型器件T1、D2用于控制第二电流转移支路的导通与关断；
[0040] 如图2所示，在所述混合式直流断路器所在系统发生故障时，控制全控型器件导通，分断机械开关，根据电流流向，故障电流向第一电流转移支路或第二转移支路转移，当故障电流全部转移至第一电流转移支路或第二转移支路之后，主电流支路上电流为零，控制全控型器件关断，实现故障电流开断。
[0041] 在前述双向开断的混合式直流断路器的具体实施方式中，进一步地，所述全控型器件包括：门极可关断晶闸管或绝缘栅双极晶体管。
[0042] 在前述双向开断的混合式直流断路器的具体实施方式中，进一步地，如图1所示，所述电压缓冲支路包括：串联的电阻R0和电容C0。
[0043] 本实施例中，通过所述电压缓冲支路能够有效减缓过电压上升率，防止电压上升过快引起机械开关断口绝缘强度下降被击穿而造成的开断过程失败。
[0044] 在前述双向开断的混合式直流断路器的具体实施方式中，进一步地，所述能量吸收支路，用于吸收线路电感和感性负载中存储的能量，抑制机械开关断口出现的过电压，以防止过高的过电压造成断口击穿。
[0045] 在前述双向开断的混合式直流断路器的具体实施方式中，进一步地，如图1所示，所述能量吸收支路包括：金属氧化物压敏电阻RV。
[0046] 在前述双向开断的混合式直流断路器的具体实施方式中，进一步地，当故障电流全部转移至第一电流转移支路或第二转移支路后，机械开关断口出现过电压，若过电压小于金属氧化物压敏电阻的保护电压值，则所述电压缓冲支路吸收储存在线路电感和感性负载中的能量；
[0047] 若过电压大于等于金属氧化物压敏电阻的保护电压值，则所述能量吸收支路吸收储存在线路电感和感性负载中的能量。
[0048] 为了更好地理解本实施例所述的双向开断的混合式直流断路器，对其控制方法进行详细说明，具体可以包括以下步骤：
[0049] S101，在所述混合式直流断路器所在系统处于正常工作状态时，通过主电流支路流通正常状态下负荷电路的电流；
[0050] S102，在所述混合式直流断路器所在系统发生故障(例如，
短路故障)时，在机械开关动作前给全控型器件驱动
信号，控制全控型器件导通；在机械开关分闸过程中，根据电流流向，当触头的电压高于D1、T1、D3组成的第一电流转移支路(或D2、T1、D4组成的第二电流转移支路)的通态压降时，故障电流从主电流支路迅速向第一(或第二)电流转移支路转移。由于管压降小于燃弧电压，在机械开关内不会产生
电弧，这提高了机械开关开断过程的可靠性。电流转移过程的开始时刻由主电流支路与第一(或第二)电流转移支路的管压降之间的电压差决定的；
[0051] 本实施例中，可以通过电流
传感器检测所述混合式直流断路器所在系统是否发生故障，若发生故障，则自动控制混合式直流断路器动作(包括：控制全控型器件导通、控制机械开关分闸)；也可以在系统发生故障时，手动控制混合式直流断路器动作。
[0052] S103，当故障电流全部转移至第一电流转移支路或第二转移支路后，在全控型器件关断过程中会出现能量缓冲与电压上升现象，由于电感(线路电感和感性负载)的存在，机械开关断口会出现过电压，若过电压小于金属氧化物压敏电阻的保护电压值，则电压缓冲支路可以吸收储存在电感的能量，有效减缓过电压上升率，防止电压上升过快引起机械开关断口绝缘强度下降被击穿而造成的开断过程失败；
[0053] S104，当过电压大于等于金属氧化物压敏电阻RV的保护电压值，能量吸收支路开始工作并将承受较大的冲击电流，吸收储存在线路电感和感性负载中的能量，以防止过高的过电压造成断口击穿。
[0054] 需要说明的是：电压缓冲支路电阻R0和电容C0的取值，影响了电压上升率，因此将配
合金属氧化物压敏电阻RV的动作时间。
[0055] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0056] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
