基于电容换流的可主动关断型直流固态断路器及控制方法转让专利
申请号 : CN202111069643.8
文献号 : CN113852050B
文献日 : 2022-05-10
发明人 : 朱晋 , 曾庆鹏 , 韦统振 , 霍群海 , 尹靖元
申请人 : 中国科学院电工研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于电容换流的可主动关断型直流固态断路器，其特征在于，该直流固态断路器包括以下模块：
控制器，用于检测直流固态断路器的电路状态，并根据线路状态生成相应的开关通断驱动信号；
驱动电路，用于根据所述开关通断驱动信号驱动主通流支路开关Sm、吸收电容开关S1、吸收电容开关S2、放电支路开关S3和放电支路开关S4的导通或断开；
主通流支路开关Sm、吸收电容开关S1、吸收电容开关S2、放电支路开关S3和放电支路开关S4，用于在驱动电路的驱动下导通或断开，结合对应的预充电电容C1、预充电电容C2、电容充电二极管D1、电容充电二极管D2以及第一缓冲吸收支路、第二缓冲吸收支路、快速隔离开关UFD1和快速隔离开关UFD2，实现直流固态断路器的稳态通路、故障断开和主动关断隔离；
所述直流固态断路器，其模块连接关系为：所述快速隔离开关UFD1的第一连接端为所述直流固态断路器第一端口正极，所述快速隔离开关UFD2的第二连接端为所述直流固态断路器第二端口正极；
所述快速隔离开关UFD1的第二连接端连接至吸收电容开关S1的第一连接端、放电支路开关S3的第一连接端和主通流支路开关Sm的第一连接端；
所述快速隔离开关UFD2的第一连接端连接至吸收电容开关S2的第一连接端、放电支路开关S4的第一连接端和主通流支路开关Sm的第二连接端；
所述吸收电容开关S1的第二连接端连接至第一缓冲吸收支路的第一连接端，所述吸收电容开关S2的第二连接端连接至第二缓冲吸收支路的第一连接端；
所述放电支路开关S3的第二连接端连接至预充电电容C1的第一连接端，所述放电支路开关S4的第二连接端连接至预充电电容C2的第一连接端；
所述第一缓冲吸收支路的第二连接端、第二缓冲吸收支路的第二连接端、预充电电容C1的第二连接端和预充电电容C2的第二连接端连接到一起作为所述直流固态断路器第一端口负极和第二端口负极；
所述电容充电二极管D1的阳极连接至所述放电支路开关S3的第一连接端，阴极连接至所述放电支路开关S3的第二连接端；
所述电容充电二极管D2的阳极连接至所述放电支路开关S4的第一连接端，阴极连接至所述放电支路开关S4的第二连接端。
2.根据权利要求1所述的基于电容换流的可主动关断型直流固态断路器，其特征在于，所述主通流支路开关Sm为半控型半导体器件或全控型半导体器件。
3.根据权利要求1所述的基于电容换流的可主动关断型直流固态断路器，其特征在于，所述第一缓冲吸收支路包括吸收电容Cs1和缓冲电阻Rs1，所述第二缓冲吸收支路包括吸收电容Cs2和缓冲电阻Rs2；
所述吸收电容Cs1的第一连接端和缓冲电阻Rs1的第一连接端连接到一起作为第一缓冲吸收支路的第一连接端；
所述吸收电容Cs1的第二连接端和缓冲电阻Rs1的第二连接端连接到一起作为第一缓冲吸收支路的第二连接端；
所述吸收电容Cs2的第一连接端和缓冲电阻Rs2的第一连接端连接到一起作为第二缓冲吸收支路的第一连接端；
所述吸收电容Cs2的第二连接端和缓冲电阻Rs2的第二连接端连接到一起作为第二缓冲吸收支路的第二连接端。
4.根据权利要求3所述的基于电容换流的可主动关断型直流固态断路器，其特征在于，所述直流固态断路器的稳态通路、故障断开和主动关断隔离，其对应的开关状态为：主通流支路开关Sm、快速隔离开关UFD1和快速隔离开关UFD2导通且吸收电容开关S1、吸收电容开关S2、放电支路开关S3和放电支路开关S4断开，实现直流固态断路器第一端口和第二端口之间的稳态通路；
直流固态断路器右侧故障时，依次控制吸收电容开关S1、放电支路开关S4导通，通过第一缓冲吸收支路中吸收电容Cs1的充电过程断开主通流支路开关Sm，预充电电容C2对短路点放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD2过零关断，实现直流固态断路器的右侧故障断开；
直流固态断路器左侧故障时，依次控制吸收电容开关S2、放电支路开关S3导通，通过第二缓冲吸收支路中吸收电容Cs2的充电过程断开主通流支路开关Sm，预充电电容C1对短路点放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD1过零关断，实现直流固态断路器的左侧故障断开；
直流固态断路器右侧停电检修时，依次控制吸收电容开关S1、放电支路开关S4导通，通过第一缓冲吸收支路中吸收电容Cs1的充电过程断开主通流支路开关Sm，预充电电容C2对系统右侧放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD2过零关断，实现直流固态断路器右侧的主动关断隔离；
直流固态断路器左侧停电检修时，依次控制吸收电容开关S2、放电支路开关S3导通，通过第二缓冲吸收支路中吸收电容Cs2的充电过程断开主通流支路开关Sm，预充电电容C1对系统左侧放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD1过零关断，实现直流固态断路器左侧的主动关断隔离。
5.一种基于电容换流的可主动关断型直流固态断路器控制方法，其特征在于，基于权利要求1‑4任一项所述的基于电容换流的可主动关断型直流固态断路器，该方法包括：步骤S10，系统启动后，主通流支路开关Sm、快速隔离开关UFD1和快速隔离开关UFD2导通，控制器进行线路电流信号采样与检测，分别判断第一采样电流I1和第二采样电流I2与设定阈值I之间的关系；
步骤S20，若第一采样电流I1和第二采样电流I2均不大于设定阈值I，则直流固态断路器第一端口和第二端口为稳态通路状态；若第一采样电流I1不大于设定阈值I且第二采样电流I2大于设定阈值I，则跳转步骤S30；若第一采样电流I1大于设定阈值I且第二采样电流I2不大于设定阈值I，则跳转步骤S40；
步骤S30，依次控制吸收电容开关S1、放电支路开关S4导通，通过预充电电容C2对第一缓冲吸收支路中吸收电容Cs1进行充电，以充电电流抵消故障电流，主通流支路开关Sm断开，预充电电容C2对短路点放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD2过零关断，故障侧短路故障被隔离，吸收电容Cs1充电至系统额定电压时，吸收电容开关S1断开，吸收电容Cs1通过第一缓冲吸收支路中缓冲电阻Rs1放电，实现直流固态断路器的右侧故障断开；
步骤S40，依次控制吸收电容开关S2、放电支路开关S3导通，通过预充电电容C1对第二缓冲吸收支路中吸收电容Cs2进行充电，以充电电流抵消故障电流，主通流支路开关Sm断开，预充电电容C1对短路点放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD1过零关断，故障侧短路故障被隔离，吸收电容Cs2充电至系统额定电压时，吸收电容开关S2断开，吸收电容Cs2通过第二缓冲吸收支路中缓冲电阻Rs2放电，实现直流固态断路器的左侧故障断开；
步骤S50，主动控制吸收电容开关S1、放电支路开关S4导通，通过预充电电容C2对第一缓冲吸收支路中吸收电容Cs1进行充电，以充电电流抵消故障电流，主通流支路开关Sm断开，预充电电容C2对系统右侧放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD2过零关断，实现直流固态断路器的右侧主动关断隔离；
步骤S60，主动控制吸收电容开关S2、放电支路开关S3导通，通过预充电电容C1对第二缓冲吸收支路中吸收电容Cs2进行充电，以充电电流抵消故障电流，实现过程主通流支路开关Sm的断开，预充电电容C1对系统左侧放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD1过零关断，实现直流固态断路器的左侧主动关断隔离。
6.根据权利要求5所述的基于电容换流的可主动关断型直流固态断路器控制方法，其特征在于，步骤S30包括：
步骤S31，依次控制吸收电容开关S1、放电支路开关S4导通；
步骤S32，预充电电容C2对短路点放电以及对吸收电容Cs1充电，充电过程所产生的电流与故障电流反向抵消，主通流支路上电流过零，主通流开关Sm关断；
步骤S33，预充电电容C2单独对短路点放电，其放电电流逐步减小直至降到零，快速隔离开关UFD2过零关断；
步骤S34，吸收电容Cs1充电系统额定电压，关断吸收电容开关S1，吸收电容Cs1通过缓冲电阻Rs1进行放电；
步骤S35，吸收电容Cs1放电电流逐步减小直至降到零，完成直流固态断路器的右侧故障断开。
7.根据权利要求5所述的基于电容换流的可主动关断型直流固态断路器控制方法，其特征在于，步骤S40包括：
步骤S41，依次控制吸收电容开关S2、放电支路开关S3导通；
步骤S42，预充电电容C1对短路点放电以及对吸收电容Cs2充电，充电过程所产生的电流与故障电流反向抵消，主通流支路上电流过零，主通流开关Sm关断；
步骤S43，预充电电容C1单独对短路点放电，其放电电流逐步减小直至降到零，快速隔离开关UFD1过零关断；
步骤S44，吸收电容Cs2充电系统额定电压，关断吸收电容开关S2，吸收电容Cs2通过缓冲电阻Rs2进行放电；
步骤S45，吸收电容Cs2放电电流逐步减小直至降到零，完成直流固态断路器的左侧故障断开。
8.一种轻量化的可主动关断型直流固态断路器，其特征在于，基于权利要求1‑4任一项所述的基于电容换流的可主动关断型直流固态断路器，该轻量化的可主动关断型直流固态断路器包括以下模块：
控制器，用于检测直流固态断路器的电路状态，并根据线路状态生成相应的开关通断驱动信号；
驱动电路，用于根据所述开关通断驱动信号驱动主通流支路开关Sm、吸收电容开关S1、吸收电容开关S2、放电支路开关S3、放电支路开关S4和充电支路开关S5的导通或断开；
主通流支路开关Sm、吸收电容开关S1、吸收电容开关S2、放电支路开关S3、放电支路开关S4和充电支路开关S5，用于在驱动电路的驱动下导通或断开，结合对应的电容充电二极管D1、电容充电二极管D2、预充电电容C以及第一缓冲吸收支路、第二缓冲吸收支路、快速隔离开关UFD1和快速隔离开关UFD2，实现直流固态断路器的稳态通路、故障断开和主动关断隔离；
所述轻量化的可主动关断型直流固态断路器，其模块连接关系为：所述快速隔离开关UFD1的第一连接端为所述轻量化的可主动关断型直流固态断路器第一端口正极，所述快速隔离开关UFD2的第二连接端为所述轻量化的可主动关断型直流固态断路器第二端口正极；
所述快速隔离开关UFD1的第二连接端连接至电容充电二极管D1的阳极、放电支路开关S4的第一连接端、放电支路开关S1的第一连接端和主通流支路开关Sm的第一连接端；
所述快速隔离开关UFD2的第一连接端连接至电容充电二极管D2的阳极、放电支路开关S3的第一连接端、放电支路开关S2的第一连接端和主通流支路开关Sm的第二连接端；
所述电容充电二极管D1的阴极、电容充电二极管D2的阴极连接至放电支路开关S5的第一连接端；
所述放电支路开关S4的第二连接端、放电支路开关S3的第二连接端和放电支路开关S5的第二连接端连接至预充电电容C的第一连接端；
所述吸收电容开关S1的第二连接端连接至第一缓冲吸收支路的第一连接端，所述吸收电容开关S2的第二连接端连接至第二缓冲吸收支路的第一连接端；
所述第一缓冲吸收支路的第二连接端、第二缓冲吸收支路的第二连接端、预充电电容C的第二连接端连接到一起作为所述轻量化的可主动关断型直流固态断路器第一端口负极和第二端口负极。
9.一种多端口拓展的可主动关断型直流固态断路器，其特征在于，基于权利要求1‑4任一项所述的基于电容换流的可主动关断型直流固态断路器，该多端口拓展的可主动关断型直流固态断路器包括以下模块：
快速隔离开关UFDn的第一连接端为所述多端口拓展的可主动关断型直流固态断路器第n端口正极；
快速隔离开关UFDn的第二连接端连接至主通流支路开关Smn的第一连接端、吸收电容开关Sn的第一连接端和放电支路开关Sn’的第一连接端；
吸收电容开关Sn的第二连接端连接至第n缓冲吸收支路的第一连接端，放电支路开关Sn’的第二连接端连接至预充电电容Cn的第一连接端；
放电支路开关Sn’的第一连接端连接电容充电二极管Dn的阳极，第二连接端连接电容充电二极管Dn的阴极；
主通流支路开关Smn的第二连接端均连接到一起；
第n缓冲吸收支路的第二连接端、预充电电容Cn的第二连接端连接到一起作为所述多端口拓展的可主动关断型直流固态断路器第n端口负极。
说明书 :
基于电容换流的可主动关断型直流固态断路器及控制方法
技术领域
背景技术
用交流系统的方式开断；同时直流系统的系统阻抗低意味着故障电流的上升率大，以上因
素使得直流系统的故障开断成为制约直流输电发展的一大难题。基于大功率电力电子器件
构成的固态断路器(Solid State Circuit Breaker,SSCB)具有开断速度快(微秒级)、开关
时间可精确控制、开断时无电弧产生等优点，是直流故障开断的未来趋势。目前，基于大功
率晶闸管(SCR)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等不同半导体器件实现的固态断路器方案都
已经过了大量研究且部分得以应用。
双向；另一方面，分布式电源依旧存在电流流向不确定，装置故障率较高等缺陷，为了保证
系统的稳定运行，有时需要在主电源不断电的情况下对其余端口进行停电检修，这都为断
路器的设计带来了新的挑战。现有的开断方案一般通过电力电子器件反并联阀组来开断直
流故障电流。一些文献提出了一种基于LC振荡带快速重合闸功能的双向直流固态断路器拓
扑[1]，该拓扑在短路时通过LC振荡使反并联晶闸管阀组中电流过零，从而实现双向电流关
断，仅需使用晶闸管即可实现功能，装置的损耗和成本都很低，且应用范围较广。
件是提升固态断路器性能的有效方法，但前述拓扑存在一个明显不足，若需要主动停电检
修时，系统正常侧需承受两倍系统电压，这将对系统的正常工作带来破坏性的影响。此外，
现有技术无法兼顾固态断路器的优良性能要求和功能集成要求，还需进一步改进。
in IEEE Transactions on Industrial Electronics,vol.68,no.10,pp.9104‑9113,
Oct.2021,doi:10.1109/TIE.2020.3026308.
发明内容
流固态断路器，该直流固态断路器包括以下模块：
电容充电二极管D1、电容充电二极管D2以及第一缓冲吸收支路、第二缓冲吸收支路、快速隔
离开关UFD1和快速隔离开关UFD2，实现直流固态断路器的稳态通路、故障断开和主动关断隔
离。
一端口负极和第二端口负极；
口和第二端口之间的稳态通路；
路点放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD2过零关断，实现直流固态断路器的右侧故
障断开；
路点放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD1过零关断，实现直流固态断路器的左侧故
障断开；
C2对系统右侧放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD2过零关断，实现直流固态断路器
右侧的主动关断隔离；
C1对系统左侧放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD1过零关断，实现直流固态断路器
左侧的主动关断隔离。
设定阈值I之间的关系；
样电流I2大于设定阈值I，则跳转步骤S30；若第一采样电流I1大于设定阈值I且第二采样电
流I2不大于设定阈值I，则跳转步骤S40；
开，预充电电容C2对短路点放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD2过零关断，故障侧短
路故障被隔离，吸收电容Cs1充电至系统额定电压时，吸收电容开关S1断开，吸收电容Cs1通过
第一缓冲吸收支路中缓冲电阻Rs1放电，实现直流固态断路器的右侧故障断开；
开，预充电电容C1对短路点放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD1过零关断，故障侧短
路故障被隔离，吸收电容Cs2充电至系统额定电压时，吸收电容开关S2断开，吸收电容Cs2通过
第二缓冲吸收支路中缓冲电阻Rs2放电，实现直流固态断路器的左侧故障断开；
开，预充电电容C2对系统右侧放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD2过零关断，实现直
流固态断路器的右侧主动关断隔离；
开关Sm的断开，预充电电容C1对系统左侧放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD1过零
关断，实现直流固态断路器的左侧主动关断隔离。
路器包括以下模块：
管D1、电容充电二极管D2、预充电电容C以及第一缓冲吸收支路、第二缓冲吸收支路、快速隔
离开关UFD1和快速隔离开关UFD2，实现直流固态断路器的稳态通路、故障断开和主动关断隔
离。
流固态断路器包括以下模块：
当出现短路故障时，本发明装置可以快速实现双向故障开断功能，故障发生在任何一侧都
可以完成开断，从而避免故障的扩大化。当需要停电检修时，本发明装置可以在不对系统原
有设置和特性做出改变的情况下进行主动关断，实现无损隔离需检修侧。本发明装置结构
对装置的自我保护以及输电系统的安全可靠运行具有重要意义。
损耗和成本都更低。由于半控型器件的通流和耐压能力都较强，本发明装置可实现较高电
压、较大电流的低损耗通流和开断，应用范围更广。
意一端发生故障或需要停电检修时，对其余端口的正常工作状态不会带来不利影响，最大
程度的保证了多端输电系统工作的可靠性和连续性。
时间，另一方面在系统稳态时，预充电电容充满电之后对外电路而言相当于被开路，不会对
直流系统的暂态响应特性、稳定性、传输效率等方面带来不利影响，短路故障对系统带来的
破坏和断路器接入对系统造成的影响都可以降到最低。
附图说明
具体实施方式
于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
以及第一缓冲吸收支路、第二缓冲吸收支路、快速隔离开关UFD1和快速隔离开关UFD2，实现
直流固态断路器的稳态通路、故障断开和主动关断隔离。
进行优化，其结构主要包括控制器、驱动电路、主通流支路开关Sm、吸收电容开关S1、吸收电
容开关S2、放电支路开关S3、放电支路开关S4、预充电电容C1、预充电电容C2、、电容充电二极
管D1、电容充电二极管D2、第一缓冲吸收支路、第二缓冲吸收支路、快速隔离开关UFD1和快速
隔离开关UFD2，各模块详细描述如下：
流向，控制器在完成短路故障检测的同时，也对开关器件的驱动状态进行实时监测。
电容充电二极管D1、电容充电二极管D2以及第一缓冲吸收支路、第二缓冲吸收支路、快速隔
离开关UFD1和快速隔离开关UFD2，实现直流固态断路器的稳态通路、故障断开和主动关断隔
离。
至吸收电容开关S1的第一连接端、放电支路开关S3的第一连接端和主通流支路开关Sm的第
一连接端；快速隔离开关UFD2的第一连接端连接至吸收电容开关S2的第一连接端、放电支路
开关S4的第一连接端和主通流支路开关Sm的第二连接端；吸收电容开关S1的第二连接端连
接至第一缓冲吸收支路的第一连接端，所述吸收电容开关S2的第二连接端连接至第二缓冲
吸收支路的第一连接端；放电支路开关S3的第二连接端连接至预充电电容C1的第一连接端，
放电支路开关S4的第二连接端连接至预充电电容C2的第一连接端；第一缓冲吸收支路的第
二连接端、第二缓冲吸收支路的第二连接端、预充电电容C1的第二连接端和预充电电容C2的
第二连接端连接到一起作为直流固态断路器第一端口负极和第二端口负极；电容充电二极
管D1的阳极连接至放电支路开关S3的第一连接端，阴极连接至放电支路开关S3的第二连接
端；电容充电二极管D2的阳极连接至放电支路开关S4的第一连接端，阴极连接至放电支路开
关S4的第二连接端。
构成的放电支路开关S3和S4并联在主通流支路两端，用于开断时预充电电容的接入控制。预
充电电容C1和C2构成放电支路，用于提供放电电流。吸收电容开关S1和吸收电容开关S2同样
由开关器件构成，用于控制吸收支路的接入与否。同时控制放电支路开关和吸收电容开关，
可控制短路故障电流和预充电放电电流的流向。超快速隔离开关UFD1和UFD2在电流过零时
快速关断，以保护线路上的设备。基于RC缓冲吸收电路的吸收支路(即第一缓冲吸收支路和
第二缓冲吸收支路)，用于充电过程结束后电流的缓冲和吸收。
口和第二端口之间的稳态通路。
处于关断状态，吸收电容开关S1和S2同样处于关断状态，断路器对系统不产生影响(稳态电
流通路参见附图2中加粗线条)。
路点放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD2过零关断，实现直流固态断路器的右侧故
障断开。
制放电支路开关S4导通。当吸收电容开关S1和放电支路开关S4都成功导通后，预充电电容C2
将对短路点放电以及对吸收电容Cs1充电，充电过程所产生的电流与故障电流反向，可将主
支路的故障电流抵消，使得主通流支路上电流过零，主通流开关Sm关断。主通流开关Sm关断
后，预充电电容C2单独对短路点放电，由于已经对吸收电容充电一段时间，预充电电容C2对
短路点的放电电流将逐步减小直至降到零。放电电流减小到零时，UFD2过零关断，故障侧短
路故障被隔离。当吸收电容Cs1被充电至系统额定电压时，不再进行充电，关断吸收电容开关
S1，吸收电容Cs1通过缓冲电阻Rs1进行放电，恢复未充电状态，右侧故障开断过程结束(右侧
故障断开暂态电流通路参见附图3中加粗线条)。
路点放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD1过零关断，实现直流固态断路器的左侧故
障断开。
导通后，预充电电容C1将对短路点放电以及对吸收电容Cs2充电，充电过程所产生的电流与
故障电流反向，可将主支路的故障电流抵消，使得主通流支路上电流过零，主通流开关Sm关
断。主通流开关Sm关断后，预充电电容C1单独对短路点放电，由于已经对吸收电容充电一段
时间，预充电电容C1对短路点的放电电流将逐步减小直至降到零。放电电流减小到零时，
UFD1过零关断，故障侧短路故障被隔离。当吸收电容Cs2被充电至系统额定电压时，不再进行
充电，关断吸收电容开关S2，吸收电容Cs2通过缓冲电阻Rs2进行放电，恢复未充电状态，左侧
故障开断过程结束。
重要作用。
C2对系统右侧放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD2过零关断，实现直流固态断路器
右侧的主动关断隔离。
右侧主动关断隔离通路示意图，当右侧需要停电检修时，如图4上图所示，控制器收到主动
关断指令后，控制吸收电容开关S1导通，由于吸收电容Cs1并未预充电，其两端电压为零，吸
收电容开关S1的导通相当于提供了一个人工短路点。再导通放电支路开关S4，预充电电容C2
将向吸收电容Cs1充电，所产生的反向充电电流抵消系统额定电流，使得主通流支路上电流
过零，主通流开关Sm关断。当主通流开关Sm关断后，如图4下图所示，预充电电容C2再向系统
右侧放电，当放电结束时，UFD2电流过零并迅速开断，将系统右侧单独隔离开，实现直流固
态断路器右侧的主动关断隔离，从而实现停电检修的目的(右侧主动关断隔离暂态电流通
路参见附图4中加粗线条)。
C1对系统左侧放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD1过零关断，实现直流固态断路器
左侧的主动关断隔离。
人工短路点。再导通放电支路开关S3，预充电电容C1将向吸收电容Cs2充电，所产生的反向充
电电流抵消系统额定电流，使得主通流支路上电流过零，主通流开关Sm关断。当主通流开关
Sm关断后，预充电电容C1再向系统右侧放电，当放电结束时，UFD1电流过零并迅速开断，将系
统左侧单独隔离开，实现直流固态断路器左侧的主动关断隔离，从而实现停电检修的目的。
证了系统的可靠性和完备性。
速隔离开关UFD1和UFD2、预充电电容C1和C2、电容充电二极管D1和D2、电容放电晶闸管S3和S4、
吸收电容Cs1和Cs2及其缓冲电阻Rs1和Rs2以及吸收电容晶闸管S1和S2。直流电源VDC为整个系
统供电，线路电感Lline代表线路和杂散电感的总和，双向晶闸管阀组Sm接入到主回路当中，
并与超快隔离开关UFD1和UFD2、负载电阻Rload和电感Lload串联。直流电源、线路电感、双向晶
闸管阀组、超快隔离开关及负载构成系统正常工作时的主通流回路。在Sm两侧，各有两条含
电容的支路。Cs1、Cs2分别与缓冲电阻Rs1、Rs2并联，然后再与吸收电容晶闸管S1、S2串联，用于
控制吸收电容的接入和放电电流的吸收。电容充电二极管D1、D2分别与电容放电晶闸管S3、
S4并联后再与预充电电容C1和C2串联，用于提供预充电电容的充电回路和控制放电回路的
接入。
通态压降小，通流能力强的特点，相比与其他固态断路器可大大降低损耗。同时，电容充电
二极管D1、D2会自然导通，为预充电电容C1和C2充电；当电容两端电压与VDC相同时，充电停
止。
两端均承受正压，满足导通条件。由于吸收电容Cs1没有预充电，其两端电压为零，电源VDC和
预充电电容C2将同时向Cs1充电，预充电电容C2也将对短路点放电，其中预充电电容提供的
充电电流与系统故障电流反向，进而使Sm中的短路电流迅速减小，待小于晶闸管的擎住电
流后自然关断。Sm关断后，Cs1继续由电源充电，待其两端电压达到系统电压VDC时，Cs1停止充
电，此时吸收电容晶闸管S1将不再承受正压，S1中电流减小至擎住电流，自然关断。随后Cs1
通过Rs1放电直至两端电压为零，恢复未充电状态。同时，预充电电容C2将继续对短路点放
电，直至其两端电压为0，S4自然关断，UFD2电流过零关断，将故障点切除，故障开断过程完
成。
电，断路器处于断开状态，至此重合闸准备工作完成。
制晶闸管S1和S4导通，吸收电容由于未预充电而可等效为一个人工短路点，电源VDC和预充
电电容C2将同时向吸收电容Cs1充电，其中预充电电容提供的充电电流与系统故障电流反
向，进而使Sm中的短路电流迅速减小，待小于晶闸管的擎住电流后自然关断。Sm关断后，预充
电电容C2不再向吸收电容充电，而是转由向系统右侧放电，当预充电电容向系统右侧放电
完成时，UFD2电流过零关断，系统右侧被单独隔离，可停电检修，主动关断过程完成。
致，只需将导通的开关器件进行相应改变即可。同样根据拓扑的对称性，本发明具有很强的
可拓展性，可以很轻易地从n端口拓展至n+1端口。
设定阈值I之间的关系；
样电流I2大于设定阈值I，则跳转步骤S30；若第一采样电流I1大于设定阈值I且第二采样电
流I2不大于设定阈值I，则跳转步骤S40；
开，预充电电容C2对短路点放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD2过零关断，故障侧短
路故障被隔离，吸收电容Cs1充电至系统额定电压时，吸收电容开关S1断开，吸收电容Cs1通过
第一缓冲吸收支路中缓冲电阻Rs1放电，实现直流固态断路器的右侧故障断开：
开，预充电电容C1对短路点放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD1过零关断，故障侧短
路故障被隔离，吸收电容Cs2充电至系统额定电压时，吸收电容开关S2断开，吸收电容Cs2通过
第二缓冲吸收支路中缓冲电阻Rs2放电，实现直流固态断路器的左侧故障断开：
开，预充电电容C2对系统右侧放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD2过零关断，实现直
流固态断路器的右侧主动关断隔离；
开关Sm的断开，预充电电容C1对系统左侧放电直至放电电流为0时，快速隔离开关UFD1过零
关断，实现直流固态断路器的左侧主动关断隔离。
功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组
合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完
成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为
了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。
括以下模块：
管D1、电容充电二极管D2、预充电电容C以及第一缓冲吸收支路、第二缓冲吸收支路、快速隔
离开关UFD1和快速隔离开关UFD2，实现直流固态断路器的稳态通路、故障断开和主动关断隔
离。
重量都较大，在某些场合的应用将受到一定的限制。进一步研究开断过程的控制策略和主
动关断的工作过程，两条放电支路中的预充电电容在双向开断过程中都起着相同的放电作
用，且控制过程完全相同。
向控制，与前述拓扑所不同的是，图6所示的拓扑结构将两个预充电电容集成在了一起，但
为了避免预充电电容放电过程中电源侧对预充电电容的持续充电导致故障侧或检修侧电
流始终不能过零，需要增加一个充电支路开关S5，可以为全控型或半控型开关器件，该开关
在预充电电容需要充电时导通，在其余时刻均关断，故障开断和主动关断的控制过程不变。
与前述拓扑相比，小型化、轻量化拓扑可少用一个电容，进而可以减小装置的体积和重量；
但增加了一个开关器件，成本相较电容有所增加。在实际使用时，可以根据使用场景和要
求，进行灵活选择。
断路器包括以下模块：
展。如图7所示，为本发明多端口拓展的可主动关断型直流固态断路器一种实施例的3端口
可主动关断型直流固态断路器结构示意图，从每两端看过去，其拓扑结构与图1均一致，该
结构可实现三端直流输电系统的故障开断与主动关断。当三端当中有任何一端发生故障
时，及时导通其余两侧的吸收电容开关和故障侧的放电支路开关，在故障侧的主通流支路
开关闭合后，在预充电电容放电结束时可隔离故障侧，其余两侧吸收电容充电完成并放电
结束后，恢复原有供电状态，故障开断完成。当三端当中有任何一端需要停电检修时，导通
其余两侧的吸收电容开关和需检修处的放电支路开关，在预充电电容放电结束后，可将需
检修处单独隔离，完成主动关断，进行停电检修。
电状态不受影响。这一点可保证多端口输电系统在一端改变时，其余端口的正常工作状态，
保证了多端系统的工作可靠性和连续性。同时，根据对称结构，本发明装置具有良好的可拓
展性，不仅可用于三端，还可以很轻易地拓展至更多端口。
关断型直流固态断路器控制方法。
在此不再赘述。
应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编
程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD‑ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介
质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地
描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术
方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法
来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。
发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些
更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。