一种低压自然换流型混合式直流断路器及换流方法
本公开实施例涉及断路器，具体涉及一种低压自然换流型混合式直流断路器及换流方法。
背景技术：
1、随着直流系统的应用与普及，在数据中心、储能系统以及智能家居等场景中，直流用电设备越来越多，对低压直流断路器的需求也越来越大。由于直流短路电流无交流过零点，传统交流断路器无法应用于直流系统中，现有的方案是采用机械开关，利用灭弧栅片、外加磁场、增大开距等方法加速电弧熄灭。虽然结构简单，但每次开断长时间的烧蚀，使得机械开关触头寿命急剧减少。而且，在小电流情况下，上述方法无法有效熄灭电弧，存在风险。
技术实现思路
1、本公开实施例提供一种低压自然换流型混合式直流断路器及换流方法，以解决或缓解现有技术中的以上一个或多个技术问题。
2、根据本公开的一个方面，提供一种低压自然换流型混合式直流断路器，包括机械开关和换流模块，换流模块包括取能单元、电压变换单元、控制单元、驱动单元、电力电子器件和氧化锌避雷器mov；
3、所述换流模块并联于机械开关两端，在机械开关的开断过程中，利用机械开关两端电弧电压将故障电流换流到换流模块中；
4、所述取能单元用于在机械开关拉开触头后通过电弧能量取能；
5、所述电压变换单元用于将电弧电压变换为控制单元与驱动单元所需要的电压等级；
6、所述控制单元和驱动单元用于在取能单元通过电弧能量取能后，导通电力电子器件，电力电子器件导通时，故障电流受电弧电压驱使从机械开关换流到电力电子器件，机械开关熄弧；
7、所述控制单元还用于在机械开关熄弧后检测到电压下跌到动作阈值时，关断电力电子器件；
8、所述电力电子器件用于在故障电流被换流到换流模块中后完成故障电流开断；
9、所述氧化锌避雷器mov用于在电力电子器件关断后，吸收系统中的能量，完成故障电流开断与短路故障隔离。
10、在一种可能的实现方式中，所述机械开关用于在发生短路故障后检测到电流变化时自动脱扣并拉开触头。
11、在一种可能的实现方式中，所述机械开关为真空开关或塑壳断路器。
12、在一种可能的实现方式中，所述电力电子器件为igbt、iegt、igct或碳化硅器件。
13、根据本公开的一个方面，提供一种低压自然换流型混合式直流断路器的换流方法，包括机械开关和换流模块，所述换流模块包括取能单元、电压变换单元、控制单元、驱动单元、电力电子器件和氧化锌避雷器mov；
14、在机械开关的开断过程中，利用机械开关两端弧压将故障电流换流到机械开关两端并联的换流模块中；
15、在机械开关拉开触头后，取能单元通过电弧能量取能；
16、通过电压变换单元将电弧电压变换为控制单元与驱动单元所需要的电压等级；
17、在取能单元通过电弧能量取能后，控制单元和驱动单元启动，导通电力电子器件，电力电子器件导通时，故障电流受电弧电压驱使从机械开关换流到电力电子器件，机械开关熄弧；
18、在机械开关熄弧后检测到电压下跌到动作阈值时，通过控制单元控制关断电力电子器件；
19、在故障电流被换流到换流模块中后，通过电力电子器件完成故障电流开断；
20、在电力电子器件关断后，通过氧化锌避雷器mov吸收系统中的能量，完成故障电流开断与短路故障隔离。
21、在一种可能的实现方式中，所述的在机械开关的开断过程中，利用机械开关两端弧压将故障电流换流到机械开关两端并联的换流模块中之前包括：
22、发生短路故障，电流增大，机械开关检测到电流变化后自动脱扣并拉开触头。
23、在一种可能的实现方式中，所述机械开关为真空开关或塑壳断路器。
24、在一种可能的实现方式中，所述电力电子器件为igbt、iegt、igct或碳化硅器件。
25、本公开的示例性实施例具有以下有益效果：本公开的示例性实施例，换流模块通过电弧能量自取能，无需外部电源供能；机械开关内部集成传感器控制自脱扣，无需外部控制；换流过程利用弧压进行自换流；换流模块关断时间取决于电流换流过程，电力电子器件自关断。
26、本申请的一个或多个实施例的细节在下面的附图和描述中提出。本申请的其它特征和优点将从说明书附图变得明显。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
技术特征：
1.一种低压自然换流型混合式直流断路器，其特征在于，包括机械开关和换流模块，换流模块包括取能单元、电压变换单元、控制单元、驱动单元、电力电子器件和氧化锌避雷器mov；
2.根据权利要求1所述的低压自然换流型混合式直流断路器，其特征在于，所述机械开关用于在发生短路故障后检测到电流变化时自动脱扣并拉开触头。
3.根据权利要求1或2所述的低压自然换流型混合式直流断路器，其特征在于，所述机械开关为真空开关或塑壳断路器。
4.根据权利要求1或2所述的低压自然换流型混合式直流断路器，其特征在于，所述电力电子器件为igbt、iegt、igct或碳化硅器件。
5.一种低压自然换流型混合式直流断路器的换流方法，其特征在于，包括机械开关和换流模块，所述换流模块包括取能单元、电压变换单元、控制单元、驱动单元、电力电子器件和氧化锌避雷器mov；
6.根据权利要求5所述的低压自然换流型混合式直流断路器的换流方法，其特征在于，所述的在机械开关的开断过程中，利用机械开关两端弧压将故障电流换流到机械开关两端并联的换流模块中之前包括：
7.根据权利要求5或6所述的低压自然换流型混合式直流断路器的换流方法，其特征在于，所述机械开关为真空开关或塑壳断路器。
8.根据权利要求5或6所述的低压自然换流型混合式直流断路器的换流方法，其特征在于，所述电力电子器件为igbt、iegt、igct或碳化硅器件。
技术总结
本公开实施例公开一种低压自然换流型混合式直流断路器及换流方法，所述断路器包括机械开关和换流模块，换流模块包括取能单元、电压变换单元、控制单元、驱动单元、电力电子器件和氧化锌避雷器MOV；所述换流模块并联于机械开关两端，在机械开关的开断过程中，利用机械开关两端电弧电压将故障电流换流到换流模块中；本公开的示例性实施例，换流模块通过电弧能量自取能，无需外部电源供能；机械开关内部集成传感器控制自脱扣，无需外部控制；换流过程利用弧压进行自换流；换流模块关断时间取决于电流换流过程，电力电子器件自关断。
技术研发人员：屈鲁,余占清,曾嵘,严鑫,甘之正,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