[发明专利]一种风冷式全固态直流断路器

说明书

本申请公开了一种风冷式全固态直流断路器，属于电力电子技术领域，包括主通流支路，主通流支路包括全控型开关单元，全控型开关单元的两端设置有第一功率组件和第二功率组件，第一功率组件和第二功率组件内分别设置有低损耗开关功率器件，低损耗开关功率器件的第一端与全控型开关单元的I/O端电连接，低损耗开关功率器件的第二端与相邻的功率组件电连接。由于低损耗开关功率器件具有电流大、开关频率高和低导通损耗等特点。系统正常运行时，承载系统运行的负载电流可实现低损耗的特性，进而可以减少固态直流断路器产生的热量。采用风冷式散热即可实现对固态直流断路器产生的热量的处理，进而避免了采用水冷散热导致系统复杂，占地面积大的问题。

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，具体涉及一种风冷式全固态直流断路器。

背景技术

随着全球可再生能源开发利用规模不断扩大，柔性直流输配电技术得到了极大的发展，而直流断路器是多端直流系统向柔性直流电网发展的必不可少的电气设备。

但是传统的直流断路器在切断电流的过程中，没有电流过零点，严重制约着直流断路器的研制。为解决直流熄弧的问题，通常的做法是为机械开关配置辅助回路，创造人工过零点进行熄弧，但拓扑结构往往过于复杂，严重影响系统运行的稳定性，并且开断速度受到了机械开关的严重制约。

随着电力电子器件的发展，固态直流断路器应运而生，固态直流断路器包括通流支路、开断支路和吸能支路，它不仅可以直接切断直流，而且开断速度极快。但是现有的固态直流断路器中通流支路和开断支路分别采用单一的IEGT和绝缘栅双极型晶体管IGBT，IGBT和IEGT的通态损耗非常高，使得现有的固态直流断路器发热比较严重，因此需要配置复杂的水冷系统和控制系统,水冷系统结构比较复杂，占地面积大。

发明内容

本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种风冷式全固态直流断路器，包括主通流支路，所述主通流支路包括全控型开关单元，所述全控型开关单元的两端设置有第一功率组件和第二功率组件，所述第一功率组件和第二功率组件内分别设置有低损耗开关功率器件，所述低损耗开关功率器件的第一端与所述全控型开关单元的I/O端电连接，所述低损耗开关功率器件的第二端与相邻的功率组件电连接。

采用上述实现方式，由于低损耗开关功率器件(例如集成门极换流晶闸管IGCT)具有电流大、阻断电压高、开关频率高和低导通损耗等特点。系统正常运行时，低损耗开关功率器件承载系统运行的负载电流，并且实现低损耗的特性，进而可以减少固态直流断路器产生的热量。采用风冷式散热即可实现对固态直流断路器产生的热量的处理，进而避免了采用水冷散热导致系统复杂，占地面积大的问题。

而且当系统直流侧发生短路故障时，主通流支路中的低损耗开关功率器件可以实现断路器的快速切断，进而风冷式全固态直流断路器无需设置额外的开断支路，进一步减小了系统的复杂度，减少占地面积。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述第一功率组件和第二功率组件之间设置有第三功率组件和第四功率组件，所述第三功率组件和所述第四功率组件内设置有二极管，所述二极管的第一端与所述全控型开关单元的I/O端电连接，所述二极管的第二端与相邻的所述功率组件电连接。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述第一功率组件设置有多个低损耗开关功率器件和多个第一散热器，所述低损耗开关功率器件间隔设置在所述第一散热器之间，所述低损耗开关功率器件的两端分别与相邻的所述第一散热器电连接，所述第一散热器的第一端与相邻的所述第三功率组件电连接，与所述低损耗开关功率器件第一端电连接的所述第一散热器的第二端与所述全控型开关单元的第一I/O端电连接。