多端口混合式直流断路器及其控制方法

1.一种多端口混合式直流断路器，包括：至少两条通流支路，所述通流支路包括串联连接的第一快速机械开关和单向换流开关，所述通流支路的一端相互连接并构成直流母线，每条所述通流支路的所述单向换流开关的分断电流方向相同；至少两条换向支路，所述换向支路包括同向串联连接的二极管上桥臂和二极管下桥臂，每条所述通流支路的另一端一一对应连接于每条所述换向支路的中间点，并构成一个端口；分断支路，所述分断支路包括并联连接的单向分断开关和非线性电阻，所述分断支路和所述换向支路相互并联连接并构成第一公共母线和第二公共母线，所述分断支路的所述单向分断开关的分断电流方向为所述第一公共母线指向所述第二公共母线，所述换向支路的所述二极管上桥臂阴极连接于所述第一公共母线，所述换向支路的所述二极管下桥臂阳极连接于所述第二公共母线；一条辅助耗能支路；一条母线故障保护支路，包括串联连接的第二快速机械开关和单向导通开关，所述母线故障保护支路两端分别连接于所述第一公共母线和所述第二公共母线，所述母线故障保护支路的中间点连接于所述直流母线；其中：当所述多端口混合式直流断路器安装于直流系统正极时，所述第二快速机械开关连接于所述第一公共母线，所述单向导通开关连接于所述第二公共母线，所述单向导通开关的导通方向为所述第二公共母线指向所述直流母线，所述通流支路的所述单向换流开关的分断电流方向指向所述直流母线，所述辅助耗能支路的一端连接于所述第二公共母线，所述辅助耗能支路的另一端连接于大地或金属回线；当所述多端口混合式直流断路器安装于直流系统负极时，所述第二快速机械开关连接于所述第二公共母线，所述单向导通开关连接于所述第一公共母线，所述单向导通开关的导通方向为所述直流母线指向所述第一公共母线，所述通流支路的所述单向换流开关的分断电流方向指向所述端口，所述辅助耗能支路的一端连接于所述第一公共母线，所述辅助耗能支路的另一端连接于大地或金属回线；所述母线故障保护支路用于提供母线故障保护模式，所述多端口混合式直流断路器在处于母线故障保护模式下，基于故障类型进行控制；其中：在所述故障类型为直流母线接地故障时，控制所述分断支路的单向分断开关导通、所述母线故障保护支路的单向导通开关导通、所有通流支路的单向换流开关关断，电流开始通过换向支路转移至所述分断支路的单向分断开关；当所有通流支路的电流接近于零时，控制所有通流支路的快速机械开关分闸；当所有通流支路的快速机械开关分开至绝缘电压位置时，控制所述分断支路的单向分断开关关断、所有通流支路的单向换流开关导通，电流转移至所述分断支路的非线性电阻并下降至零，分闸成功并结束分闸操作；在所述故障类型为多端口混合式直流断路器安装于直流系统正极且第一公共母线接地故障时，所述多端口混合式直流断路器无法完成母线隔离操作，将启动失灵后备保护并控制所述母线故障保护支路的快速机械开关闭合；在所述故障类型为多端口混合式直流断路器安装于直流系统负极且第二公共母线接地故障时，所述多端口混合式直流断路器无法完成母线隔离操作，将启动失灵后备保护并控制所述母线故障保护支路的快速机械开关闭合；在所述故障类型为多端口混合式直流断路器安装于直流系统正极且第二公共母线接地故障时，所述多端口混合式直流断路器正常运行模式下母线差动保护不会动作，若此时进行分闸操作则母线差动保护会动作，所述多端口混合式直流断路器中止分闸操作并启动后备失灵保护；在所述故障类型为多端口混合式直流断路器安装于直流系统负极且第一公共母线接地故障时，所述多端口混合式直流断路器正常运行模式下母线差动保护不会动作，若此时进行分闸操作则母线差动保护会动作，所述多端口混合式直流断路器中止分闸操作并启动后备失灵保护。 2.如权利要求1所述的多端口混合式直流断路器，所述辅助耗能支路包括串联连接的二极管和线性电阻；其中当所述多端口混合式直流断路器安装于直流系统正极时，所述二极管的阴极指向所述第二公共母线；当所述多端口混合式直流断路器安装于直流系统负极时，所述二极管的阳极指向所述第一公共母线。 3.如权利要求1至2之任一项所述的多端口混合式直流断路器，其中，所述第一快速机械开关或第二快速机械开关包括串联连接的至少一个机械开关断口，所述二极管包括串联连接的至少一个二极管，所述单向换流开关包括串联连接的至少一个第一开关半导体器件，所述单向分断开关包括串联连接的至少一个第一开关半导体器件，所述单向导通开关包括串联连接的至少一个二极管和串联连接的至少一个第二开关半导体器件，所述二极管和所述第二开关半导体器件相互串联；所述第一开关半导体器件包括IGBT、IEGT、IGCT、MOSFET的至少一种；所述第二开关半导体器件包括SCR、IGBT、IEGT、IGCT、MOSFET的至少一种。 4.一种如权利要求1至3之任一项所述的多端口混合式直流断路器的控制方法，包括：基于所述多端口混合式直流断路器的工作模式进行控制通流支路、换向支路和分断支路的通断，所述工作模式包括正常运行模式、分闸模式、合闸模式和母线故障保护模式；所述多端口混合式直流断路器处于母线故障保护模式下，基于故障类型进行控制；其中：所述故障类型为直流母线接地故障时，控制分断支路的单向分断开关导通、母线故障保护支路的单向导通开关导通、所有通流支路的单向换流开关关断，电流开始通过换向支路转移至分断支路的单向分断开关；当所有通流支路的电流接近于零时，控制所有通流支路的快速机械开关分闸；当所有通流支路的快速机械开关分开至绝缘电压位置时，控制分断支路的单向分断开关关断、所有通流支路的单向换流开关导通，电流转移至分断支路的非线性电阻并下降至零，分闸成功并结束分闸操作；所述故障类型为多端口混合式直流断路器安装于直流系统正极且第一公共母线接地故障时，所述多端口混合式直流断路器无法完成母线隔离操作，将启动失灵后备保护并控制母线故障保护支路的快速机械开关闭合；所述故障类型为多端口混合式直流断路器安装于直流系统负极且第二公共母线接地故障时，所述多端口混合式直流断路器无法完成母线隔离操作，将启动失灵后备保护并控制母线故障保护支路的快速机械开关闭合；所述故障类型为多端口混合式直流断路器安装于直流系统正极且第二公共母线接地故障时，所述多端口混合式直流断路器正常运行模式下母线差动保护不会动作，若此时进行分闸操作则母线差动保护会动作，所述多端口混合式直流断路器中止分闸操作并启动后备失灵保护；所述故障类型为多端口混合式直流断路器安装于直流系统负极且第一公共母线接地故障时，所述多端口混合式直流断路器正常运行模式下母线差动保护不会动作，若此时进行分闸操作则母线差动保护会动作，所述多端口混合式直流断路器中止分闸操作并启动后备失灵保护。 5.如权利要求4所述的控制方法，其中，所述多端口混合式直流断路器处于正常运行模式下，每条通流支路处于导通状态，分断支路处于关断状态，所述多端口混合式直流断路器包括母线故障保护支路时，母线故障保护支路处于关断状态。 6.如权利要求4所述的控制方法，所述多端口混合式直流断路器还包括一条辅助耗能支路，包括串联连接的二极管和线性电阻；其中：当所述多端口混合式直流断路器安装于直流系统正极时，所述辅助耗能支路的一端连接于所述第二公共母线，所述辅助耗能支路的另一端连接于大地或金属回线，所述二极管的阴极指向所述第二公共母线；当所述多端口混合式直流断路器安装于直流系统负极时，所述辅助耗能支路的一端连接于所述第一公共母线，所述辅助耗能支路的另一端连接于大地或金属回线，所述二极管的阳极指向所述第一公共母线；所述多端口混合式直流断路器处于分闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的任一所述端口需要切除时，包括：控制分断支路的单向分断开关导通、所有通流支路的单向换流开关关断，电流开始通过换向支路转移至分断支路的单向分断开关；当所有通流支路的电流接近于零时，控制需要切除的所述端口所处的通流支路的快速机械开关分闸；当需要切除的所述端口所处的通流支路的快速机械开关分开至绝缘电压位置时，控制分断支路的单向分断开关关断、所有通流支路的单向换流开关导通，需要切除的所述端口的电流转移至分断支路的非线性电阻以及辅助耗能支路的线性电阻中并逐渐下降至零、除需要切除的所述端口之外的其他端口的电流恢复至各自的通流支路中，分闸成功并结束分闸操作。 7.如权利要求4所述的控制方法，其中，所述多端口混合式直流断路器处于合闸模式下，当多端口混合式直流断路器所连接的任一端口需要接入时，包括：控制分断支路的单向分断开关导通；若所述多端口混合式直流断路器未合于故障，则控制需要接入的所述端口所处的通流支路的快速机械开关闭合；若所述多端口混合式直流断路器合于故障，则控制分断支路的单向分断开关关断，合闸失败并结束合闸操作；当需要接入的所述端口所处的通流支路的快速机械开关处于合位后，控制分断支路的单向分断开关关断，合闸成功并结束合闸操作。