一种基于自然换流的交流断路器

本发明属于交流配电网，特别涉及一种基于自然换流的交流断路器。

背景技术：

1、随着电动汽车充电基础设施、储能系统和交流数据中心规模的扩大，交流配电网的容量及其对交流断路器的需求也越来越大。在交流配电系统中，通常使用传统的塑壳断路器来提供短路和过载保护，但其在热磁脱扣后可能需要经过一个或多个交流周期才能开断电流，电弧烧蚀时间较长，导致其使用寿命下降。

2、因此，需要设计一种基于自然换流的交流断路器，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供了一种基于自然换流的交流断路器，其中，所述交流断路器的单相包括载流模块以及转移开断模块，所述载流模块与转移开断模块并联，其中，

2、所述载流模块，包括一个或若干个串并联的低压交流断路器；

3、所述转移开断模块，包括并联的能量吸收支路以及功率开关支路。

4、进一步地，所述能量吸收支路包括吸能元件，其中，

5、所述吸能元件为金属氧化物压敏电阻mov和耗能电阻中的任意一种或者两种的串并联组合。

6、进一步地，所述功率开关支路包括一个或多个串并联的双向电力电子器件模块；其中，

7、所述双向电力电子器件模块包括若干个半控电力电子器件和/或若干个全控电力电子器件。

8、进一步地，所述全控电力电子器件为绝缘栅双极型晶体管igbt、集成门极换流晶闸管igct或栅极注入增强晶体管iegt。

9、进一步地，所述半控电力电子器件为晶闸管。

10、进一步地，所述低压交流断路器为塑壳式断路器、框架式断路器、微型断路器或机械开关。

11、另一方面，本发明还提供一种基于自然换流的多相交流断路器，其中，所述多相交流断路器包括多个如上述的交流断路器。

12、另一方面，本发明还提供一种基于自然换流的交流断路器换流方法，所述断路器采用如上述的交流断路器，其中，所述换流方法包括：

13、在系统正常运行时，使系统的运行电流流经断路器中的载流模块；

14、当系统发生短路故障，电流上升并达到所述载流模块的低压交流断路器的脱扣/分闸阈值，且所述低压交流断路器分闸产生电弧时，控制转移开断模块中，功率开关支路中的电力电子器件导通，以使电弧弧压驱动电流从载流模块转移到所述电力电子器件，实现快速自然换流。

15、进一步地，所述电力电子器件为半控电力电子器件或全控电力电子器件。

16、进一步地，其中，所述换流方法还包括：

17、若电力电子器件为全控电力电子器件，则待所述低压交流断路器触头间隙能够承受系统瞬态恢复电压后，关断电力电子器件，故障电流转移至转移开断模块中，能量吸收支路中的吸能元件，以使故障能量被吸收的同时故障电流下降至零，断路器完成开断。

18、进一步地，所述换流方法还包括：

19、若电力电子器件为半控电子器件，则给电力电子器件导通信号，以使在经过时间t且交流电流自然过零时，电力电子器件自动关断，电力电子器件两端的暂态过电压由吸能元件限制，断路器完成开断。

20、另一方面，本发明还提供一种电力电子器件的取能方法，其中，所述电力电子器件，采用上述的断路器中，功率开关支路中的电力电子器件，其中，所述取能方法包括：

21、所述电力电子器件触发采用电流传感器测量电流，超过阈值即触发电力电子器件导通并延时关断；或，将低压交流断路器分闸产生的电弧电压转换为可采集信号，超过阈值即触发电力电子器件导通并延时关断。

22、本发明提供了一种基于自然换流的交流断路器，通过在传统低压交流断路器上并联一个由电力电子器件和吸能元件构成的换流(转移)开断模块，可在脱扣后使电流快速转移至换流开断模块并在自然过零点前开断电流，减少了电弧烧蚀的时间，降低了更换断路器的周期和成本。

23、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种基于自然换流的交流断路器，其中，所述交流断路器的单相包括载流模块以及转移开断模块，所述载流模块与转移开断模块并联，其中，

2.根据权利要求1所述的一种基于自然换流的交流断路器，其中，所述能量吸收支路包括吸能元件，其中，

3.根据权利要求1或2所述的一种基于自然换流的交流断路器，其中，所述功率开关支路包括一个或多个串并联的双向电力电子器件模块；其中，

4.根据权利要求3所述的一种基于自然换流的交流断路器，其中，所述全控电力电子器件为绝缘栅双极型晶体管igbt、集成门极换流晶闸管igct或栅极注入增强晶体管iegt。

5.根据权利要求3所述的一种断路器，其中，所述半控电力电子器件为晶闸管。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于自然换流的交流断路器，其中，所述低压交流断路器为塑壳式断路器、框架式断路器、微型断路器或机械开关。

7.一种基于自然换流的多相交流断路器，其中，所述多相交流断路器包括多个如权利要求1-6任一项所述的交流断路器。

8.一种基于自然换流的交流断路器换流方法，所述断路器采用如权利要求1-6任一项所述的交流断路器，其中，所述换流方法包括：

9.根据权利要求8所述的一种基于自然换流的交流断路器换流方法，其中，所述电力电子器件为半控电力电子器件或全控电力电子器件。

10.根据权利要求8或9所述的一种基于自然换流的交流断路器换流方法，其中，所述换流方法还包括：

11.根据权利要求9所述的一种基于自然换流的交流断路器换流方法，其中，所述换流方法还包括：

12.一种电力电子器件的取能方法，其中，所述电力电子器件，采用如权利要求3-6任一项断路器中，功率开关支路中的电力电子器件，其中，所述取能方法包括：

技术总结
本发明提供了一种基于自然换流的交流断路器，其中，所述交流断路器的单相包括载流模块以及转移开断模块，所述载流模块与转移开断模块并联，其中，所述载流模块，包括一个或若干个串并联的低压交流断路器；所述转移开断模块，包括并联的能量吸收支路以及功率开关支路。本发明减少了电弧烧蚀的时间，降低了更换断路器的周期和成本。

技术研发人员：余占清,曾嵘,屈鲁,甘之正,严鑫,黄瑜珑,张公一,冯健
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23