全桥负压混合式直流断路器及其控制方法

1.一种全桥负压混合式直流断路器，包括通流支路和分断支路，其特征在于：所述通流支路包括至少一个串联连接的快速机械开关；所述分断支路包括相互串联连接的有源全桥负压装置和固态电力电子开关；所述有源全桥负压装置用于将电流从通流支路转移到分断支路；所述固态电力电子开关用于电流开断和能量耗散；其中，所述有源全桥负压装置包括：至少一个串联连接的有源全桥负压子模块，所述有源全桥负压子模块包括：充电电源、储能电容、谐振电感、续流二极管、旁路开关、第一端、第二端和四只功率半导体开关器件，所述功率半导体开关器件每两只同向串联构成第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂和所述第二桥臂同向并联组成全桥结构，所述充电电源、所述储能电容和所述续流二极管相互并联连接，所述续流二极管的阴极指向所述充电电源的正极，所述谐振电感的一端连接于所述储能电容，所述谐振电感的另一端连接于所述全桥结构的上桥臂顶部，所述充电电源的负极连接于所述全桥结构的下桥臂底部，所述第一桥臂的中间点连接所述第一端，所述第二桥臂的中间点连接所述第二端，所述旁路开关连接于所述第一桥臂的中间点和所述第二桥臂的中间点之间；或至少一个串联连接的有源全桥负压子模块，所述有源全桥负压子模块包括：充电电源、储能电容、谐振电感、旁路开关、第一端、第二端和四只功率半导体开关器件，所述功率半导体开关器件每两只同向串联构成第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂与所述第二桥臂同向并联组成全桥结构，所述全桥结构、所述充电电源和所述储能电容相互并联连接，所述第一桥臂的中间点与所述谐振电感的一端连接，所述第二桥臂的中间点连接所述第二端，所述谐振电感的另一端连接所述第一端，所述旁路开关连接于所述第二桥臂的中间点和所述第一端之间；或谐振电感和至少一个串联连接的有源全桥负压子模块，所述谐振电感与串联连接后的所述有源全桥负压子模块相互串联连接，所述有源全桥负压子模块包括充电电源、储能电容、旁路开关、第一端、第二端和四只功率半导体开关器件，所述功率半导体开关器件每两只同向串联构成第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂、所述第二桥臂、所述充电电源和所述储能电容相互并联连接，所述第一桥臂与所述第二桥臂组成全桥结构，所述第一桥臂的中间点连接所述第一端，所述第二桥臂的中间点连接所述第二端，所述旁路开关连接于所述第一桥臂的中间点和所述第二桥臂的中间点之间。 2.如权利要求1所述的全桥负压混合式直流断路器，其特征在于，所述固态电力电子开关包括：双向电力电子开关；非线性电阻；所述双向电力电子开关与所述非线性电阻并联连接。 3.如权利要求2所述的全桥负压混合式直流断路器，其特征在于，所述双向电力电子开关包括：至少两个首尾反向串联的功率半导体开关器件；或一个或多个串联连接的全桥子模块；或第一支路、第二支路和至少两个功率半导体开关器件，所述第一支路包括至少三个依次反向串联连接的二极管，所述第二支路与所述第一支路并联而形成第一并联端和第二并联端，所述第二支路包括至少三个依次反向串联连接的二极管，所述第一支路与所述第二支路的二极管数量相同且极性相反，至少两个功率半导体开关器件，一端连接于所述第一支路中相邻两个二极管的连接点，另一端连接于所述第二支路中对应的相邻两个二极管的连接点。 4.如权利要求3所述的全桥负压混合式直流断路器，其特征在于，所述全桥子模块包括：四个功率半导体开关器件、电容或非线性电阻，每两个所述功率半导体开关器件同向串联分别构成两条桥臂，所述两条桥臂相互并联，所述两条桥臂的中间点分别作为连接端，所述电容或非线性电阻与所述两条桥臂并联连接；或四个功率半导体开关器件、电容和二极管，每两个所述功率半导体开关器件串联分别构成两条桥臂，所述两条桥臂同向相互并联，所述两条桥臂的中间点分别作为连接端，所述电容与所述二极管串联成一支路，所述支路与所述两条桥臂并联连接；或四个二极管、功率半导体开关器件，每两个所述二极管同向串联分别构成两条桥臂，所述两条桥臂同向相互并联，所述两条桥臂的中间点分别作为连接端，所述功率半导体开关器件与所述两条桥臂并联连接；或两个功率半导体开关器件、一个电容和两个二极管，每个所述二极管和所述功率半导体开关器件串联分别构成两条相同的桥臂，所述两条相同的桥臂同向相互并联，所述两条桥臂的中间点分别作为连接端，所述电容与所述两条相同的桥臂并联连接；或两个功率半导体开关器件、一个电容和两个二极管，每个所述二极管和所述功率半导体开关器件反向串联分别构成两条相同的桥臂，所述两条相同的桥臂反向相互并联，所述两条桥臂的中间点分别作为连接端，所述电容与所述两条相同的桥臂并联连接；或四组二极管串联组和一组功率半导体开关器件串联组，每组所述二极管串联组包括至少两个同向串联连接的二极管，每两组所述二极管串联组同向串联分别构成两条桥臂，所述两条桥臂同向相互并联，所述两条桥臂的中间点分别作为连接端，所述功率半导体开关器件串联组与所述两条桥臂同向并联连接，所述功率半导体开关器件串联组包括至少两个同向串联连接的功率半导体开关器件。 5.如权利要求4所述的全桥负压混合式直流断路器，其特征在于：所述功率半导体开关器件包括IGBT、IEGT、IGCT、MOSFET中的一种或多种组合。 6.如权利要求1所述的全桥负压混合式直流断路器，其特征在于：所述有源全桥负压装置的工作状态包括导通状态、投入状态和故障状态；在所述导通状态下，所述有源全桥负压装置的所述有源全桥负压子模块的所述全桥结构的上桥臂同时导通或下桥臂同时导通，旁路开关处于分断状态；在所述投入状态下，所述旁路开关处于分断状态，所述有源全桥负压装置的所述有源全桥负压子模块的第一桥臂的上桥臂导通，第二桥臂的下桥臂导通；或所述第二桥臂的上桥臂导通，第一桥臂的下桥臂导通；所述故障状态下，所述有源全桥负压装置的所述有源全桥负压子模块的所述全桥结构的上桥臂、下桥臂均闭锁，所述旁路开关处于闭合状态；所述导通状态、所述投入状态的所述有源全桥负压子模块发生故障后自动转入所述故障状态。 7.一种全桥负压混合式直流断路器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：通过根据权利要求1-6中任意一项所述的全桥负压混合式直流断路器；利用所述全桥负压混合式直流断路器实现分闸指令与合闸指令；所述全桥负压混合式直流断路器合位时,通流支路的快速机械开关处于导通状态、固态电力电子开关处于闭锁状态、有源全桥负压装置处于导通状态，当收到所述分闸指令时，所述全桥负压混合式直流断路器执行如下操作：第一步，打开所述通流支路的所述快速机械开关，导通所述固态电力电子开关；第二步，当所述快速机械开关达到绝缘断口位置时，根据电流方向选择所述有源全桥负压装置中由所述导通状态转为投入状态的有源负压全桥子模块的个数和所述投入状态下的导通方式；第三步，当所述通流支路的所述快速机械开关的电流过零关断后，闭锁所述固态电力电子开关，电流开始转入非线性电阻并逐渐降为零；第四步，将所述有源全桥负压装置中处于投入状态的有源负压全桥子模块转为导通状态，分闸结束。 8.如权利要求7所述全桥负压混合式直流断路器的控制方法，其特征在于：所述全桥负压混合式直流断路器分位时，所述通流支路的所述快速机械开关处于打开状态、所述固态电力电子开关处于闭锁状态、所述有源全桥负压装置处于导通状态，当收到所述合闸指令时，所述全桥负压混合式直流断路器执行如下操作：第一步，导通所述固态电力电子开关；第二步，若未合于故障，则闭合所述通流支路的所述快速机械开关，待所述快速机械开关闭合后，闭锁所述固态电力电子开关，合闸结束；若合于故障，则立即闭锁所述固态电力电子开关，电流开始转入所述非线性电阻并逐渐降为零。