[发明专利]一种基于电容换流的大容量交流断路器及控制方法

权利要求书

1.一种基于电容换流的大容量交流断路器，其特征在于，所述断路器包括多个相互独立的单相断路器，每个所述单相断路器串在一个相线中，用于开断所在相线的电流；

所述单相断路器的输入端和输出端之间设置有拓扑结构；

所述拓扑结构包括通流装置、换流装置和开断装置，所述换流装置和开断装置串联，串联后整体并联连接在通流装置两端；

所述换流装置包括换流第一支路和换流第二支路，所述换流第一支路与换流第二支路并联；

所述换流第一支路包括一个预充电的电容和电力电子开关组A，所述电力电子开关组A与电容串联；

所述换流第二支路包括电力电子开关组B和保护MOV，所述电力电子开关组B与保护MOV并联。

2.根据权利要求1所述的基于电容换流的大容量交流断路器，其特征在于，所述通流装置包括一个或多个串联的气体机械开关。

3.根据权利要求1所述的基于电容换流的大容量交流断路器，其特征在于，所述电力电子开关组A和电力电子开关组B均包括多个方向不同且并联的电力电子开关。

4.根据权利要求1-3任一所述的基于电容换流的大容量交流断路器，其特征在于，所述开断装置包括一个或多个串联或并联的真空机械开关。

5.根据权利要求4所述的基于电容换流的大容量交流断路器，其特征在于，所述开断装置还包括与真空机械开关串联的耗能电阻。

6.根据权利要求5所述的基于电容换流的大容量交流断路器，其特征在于，所述换流装置还包括与换流第一支路和换流第二支路并联的合闸保护开关。

7.一种如权利要求1-6任一所述的基于电容换流的大容量交流断路器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

当线路正常工作时，通流装置导通，换流装置和开断装置未导通，电流流经通流装置，换流装置内设置的电容通过外部充电机进行预充电，积蓄电压；

当监测到线路发生短路故障，且电流下降到换流装置的换流能力以内时，向换流装置电力电子开关发送导通指令，此时开断装置的真空机械开关暂时保持合闸，换流装置中预充电的电容放电；待到故障电流进一步下降到开断装置的开断能力以内时，向开断装置发送分闸指令，待到故障电流过零时，开断装置断开，使得故障电流完成开断。

8.根据权利要求7所述的基于电容换流的大容量交流断路器的控制方法，其特征在于，所述当线路正常工作时，通流装置导通，换流装置和开断装置未导通，电流流经通流装置，换流装置内设置的电容通过外部充电机进行预充电，积蓄电压具体包括：

当线路正常工作时，气体机械开关和真空机械开关处于合闸位置，通流装置导通，电力电子开关闭锁，换流装置和开断装置未导通，换流装置内设置的电容通过外部充电机进行预充电，积蓄电压，线路电流经过气体机械开关流通。

9.根据权利要求7所述的基于电容换流的大容量交流断路器的控制方法，其特征在于，所述当监测到线路发生短路故障，电流下降到换流装置的换流能力以内时，向换流装置电力电子开关发送导通指令，此时开断装置的真空机械开关暂时保持合闸，换流装置中预充电的电容放电具体包括：

当监测到线路发生短路故障，向气体机械开关发送分闸指令；

当电流下降到换流装置的换流能力以内时，触发电力电子开关组A中与故障电流导通方向相同的一个电力电子开关导通，此时开断装置的真空机械开关暂时保持合闸，电容放电，电容放电产生的电流将反向叠加到气体机械开关并使得气体机械开关电流过零并反向增大；

随着电容进一步放电，其电压将过零反向，导通电力电子开关组B中与故障电流导通方向相同的一个电力电子开关，由于电容相当于被旁路，电流会从电容所在支路转移到电力电子开关组B上；

电流完成转移后，电力电子开关组A中的电力电子开关过零自然关断，电容与外部回路隔离，气体机械开关电流下降；

气体机械开关电流下降至零，此时气体开关两端电压为电力电子开关与真空机械开关导通压降之和，气体机械开关进行零电压弧后介质恢复。