【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及直流断路器，尤其是指一种中低压无拉弧直流断流器及其参数设计方法。
技术介绍
1、在相同工况以及相同电压等级情况下，直流系统的短路电流将显著高于交流系统的短路电流，短路电流拉弧产生的危险以及拉弧中可能出现的故障，使得直流断路器安全稳定运行存在一定的风险。
2、目前，直流断路器按照拓扑结构可分为机械式、全固态式以及混合式；其中，机械式断路器无自然过零点拉弧保护装置，且在使用过程中，对机械开关触头的侵蚀严重，导致其安全可靠性降低；全固态式断路器利用全空型电力电子功率器件开断短路电流，但是其器件电压、电流裕度低，导通损耗大且价格昂贵；基于机械式断路器安全可靠性低、全固态式断路器成本高的缺陷，混合式断路器利用预充电拓扑实现换流，减少开关电压、电流应力，增加断路器的可靠性，同时降低了使用成本。
3、但是现有的混合式短路器中包含了很多拓扑结构，结构复杂，在设计过程中未考虑重合闸灭弧的问题，在重合闸过程中当起弧作用于条件绝缘介质的电场强度超过其击穿场强时，介质就会失去绝缘性能，若再持续地供给能量，就将出现电弧放电现象，从而导致电气设备的损坏；因此，需要合理的参数设计才能保证开断及重合闸过程不会产生起弧放电现象，而现有的混合式直流断路器的参数设计方法未考虑重合闸期间的灭弧需求对参数设计的影响。
技术实现思路
1、为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中混合式断路器结构复杂，未考虑重合闸灭弧的问题；未考虑重合闸期间的灭弧需求对参数设计影响的问题。>
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种中低压无拉弧直流断路器电路，包括：
3、第一电容，其正极与直流电源正极相连；其负极与直流电源负极相连；
4、开关支路，其与第一电容串联，包括：
5、快速机械开关，其一端与直流电源正极、第一电容正极相连；其另一端与限流电感一端相连；
6、第一晶闸管，其并联于快速机械开关两侧；
7、限流电感，其另一端与负载侧一端相连；
8、负载侧缓冲支路，其并联于第一电容和开关支路两端，包括：
9、第二晶闸管，其阳极与第一晶闸管阴极相连，其阴极与第一电阻相连；
10、第一电阻，其与第二晶闸管串联；其另一端与第二电容正极相连；
11、第二电阻，其并联于第二晶闸管和第一电阻两侧；其一端与快速机械开关另一端、限流电感一端相连，其另一端与第二电容正极相连；
12、第一二极管，其并联于第二电阻两侧；其阳极与第二电容正极相连；其阴极与快速机械开关另一端、限流电感一端相连；
13、第二电容，其与第二电阻串联；其负极与直流电源负极、负载侧另一端相连；
14、第二二极管，其并联于负载侧两端；其正极与直流电流源负极、负载侧另一端相连；其负极与限流电感另一端相连。
15、本专利技术还提供了一种上述中低压无拉弧直流断路器的参数设计方法，包括：
16、将负载侧发生短路时快速机械开关触头的开断过程分为四个阶段；其中，第一阶段为电路负载侧短路发生时刻至快速机械开关触头分离时刻；第二阶段为快速机械开关触头分离时刻至直流断路器中电流最大时刻；第三阶段为直流断路器中电流最大时刻至快速机械开关两端电压达到开断过程中最大值时刻；第四阶段为快速机械开关两端电压达到开断过程中最大值时刻至负载能量全部释放完毕时刻；
17、基于第一阶段内直流断路器的二阶电路方程，结合快速机械开关触头分离时刻的直流电源电流，以及直流电源短路电流上升率，建立以第一电容参数值、第二电容参数值以及限流电感参数值为未知量的电流方程；
18、基于第二阶段内电源侧rlc二阶电路的阻尼状态为过阻尼状态，结合预设阻尼裕度，建立关于第一电容参数值的过阻尼方程；
19、基于第三阶段内的电源侧rlc二阶电路方程、负载侧lc二阶电路方程，根据抑制起弧原理，建立电压方程；
20、联立求解电流方程、过阻尼方程和电压方程，得到第一电容参数值、第二电容参数值和限流电感参数值；
21、基于第四阶段内负载侧rlc二阶电路的阻尼状态为临界阻尼状态，得到第二电阻参数值；
22、在重合闸场景下，根据第一电阻与第二电阻的并联等效电阻和第二电容构成的二阶电路所需充电时间，以及从重合闸到快速机械开关k触头再次分离所需时间，得到第一电阻与第二电阻的并联等效电阻值，从而得到第一电阻参数值。
23、优选地，所述第一阶段内直流断路器的二阶电路方程为：
24、
25、
26、其中，rs表示电源侧等效电阻值；c表示第一电容和第二电容的并联等效电容值；uc表示快速机械开关触头分离前第一电容上的电压；il表示通过限流电感的电流；在初始状态下，uc的值为直流断路器的额定电压un；il的值为直流断路器的额定电流in。
27、优选地，所述基于第一阶段内直流断路器的二阶电路方程，结合快速机械开关触头分离时刻的直流电源电流，以及直流电源短路电流上升率，建立以第一电容参数值、第二电容参数值以及限流电感参数值为未知量的电流方程，其表达式为：
28、
29、其中，idc表示快速机械开关k分离时刻t1的直流电源电流；c1表示第一电容参数值；c2表示第二电容参数值；l表示限流电感参数值；t表示时间；in表示直流断路器的额定电流；r表示直流电源短路电流平均上升率；快速机械开关触头分离时刻t1表示短路发生时刻至快速机械开关k触头分离所需时间，包括短路电流检测时间与机械开关固有延迟时间。
30、优选地，所述基于第二阶段内电源侧rlc二阶电路的阻尼状态为过阻尼状态，结合预设阻尼裕度，建立关于第一电容参数值的过阻尼方程包括：
31、第二阶段内电源侧rlc二阶电路方程为：
32、
33、其中，ls表示电源侧等效电感值；rs表示电源侧等效电阻值；表示第一电容上的电压；
34、当第二阶段内电源侧rlc二阶电路的阻尼状态为过阻尼状态时，结合预设阻尼裕度，建立关于第一电容参数值的过阻尼方程，其表达式为：
35、
36、其中，所述预设阻尼裕度为10％。
37、优选地，所述第三阶段内的电源侧rlc二阶电路方程、负载侧lc二阶电路方程包括：
38、第三阶段内电源侧rlc二阶电路方程与第二阶段内电源侧rlc二阶电路方程相同，其表达式为：
39、
40、其中，ls表示电源侧等效电感值；rs表示电源侧等效电阻值；表示第一电容上的电压；其中，第二阶段与第三阶段第一电容上的电压相同；
41、负载侧lc二阶电路方程为：
42、
43、其中，l表示限流电感参数值；表示第三阶段第二电容上的电压；在第二、三阶段内，快速机械开关k上的电压
44、优选地，所述抑制起弧原理包括：
45、基于快速机械开关k触本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种中低压无拉弧直流断路器，其特征在于，包括：
2.一种如权利要求1所述的中低压无拉弧直流断路器的参数设计方法，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的一种中低压无拉弧直流断路器的参数设计方法，其特征在于，所述第一阶段内直流断路器的二阶电路方程为：
4.根据权利要求3所述的一种中低压无拉弧直流断路器的参数设计方法，其特征在于，所述基于第一阶段内直流断路器的二阶电路方程，结合快速机械开关触头分离时刻的直流电源电流，以及直流电源短路电流上升率，建立以第一电容参数值、第二电容参数值以及限流电感参数值为未知量的电流方程，其表达式为：
5.根据权利要求2所述的一种中低压无拉弧直流断路器的参数设计方法，其特征在于，所述基于第二阶段内电源侧RLC二阶电路的阻尼状态为过阻尼状态，结合预设阻尼裕度，建立关于第一电容参数值的过阻尼方程包括：
6.根据权利5所述的一种中低压无拉弧直流断路器的参数设计方法，其特征在于，所述第三阶段内的电源侧RLC二阶电路方程、负载侧LC二阶电路方程包括：
7.根据权利要求6所述的一种中低压无
8.根据权利要求7所述的一种中低压无拉弧直流断路器的参数设计方法，其特征在于，所述基于第三阶段内的电源侧RLC二阶电路方程、负载侧LC二阶电路方程，根据抑制起弧原理，建立电压方程，其表达式为：
9.根据权利要求2所述的一种中低压无拉弧直流断路器的参数设计方法，其特征在于，所述基于第四阶段内负载侧RLC二阶电路的阻尼状态为临界阻尼状态，得到第二电阻参数值包括：
10.根据权利要求2所述的一种中低压无拉弧直流断路器参数设计方法，其特征在于，所述在重合闸场景下，根据第一电阻与第二电阻的并联等效电阻和第二电容构成的二阶电路所需充电时间，以及从重合闸到快速机械开关K触头再次分离所需时间，得到第一电阻与第二电阻的并联等效电阻值，从而得到第一电阻参数值包括：
...【技术特征摘要】
1.一种中低压无拉弧直流断路器，其特征在于，包括：
2.一种如权利要求1所述的中低压无拉弧直流断路器的参数设计方法，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的一种中低压无拉弧直流断路器的参数设计方法，其特征在于，所述第一阶段内直流断路器的二阶电路方程为：
4.根据权利要求3所述的一种中低压无拉弧直流断路器的参数设计方法，其特征在于，所述基于第一阶段内直流断路器的二阶电路方程，结合快速机械开关触头分离时刻的直流电源电流，以及直流电源短路电流上升率，建立以第一电容参数值、第二电容参数值以及限流电感参数值为未知量的电流方程，其表达式为：
5.根据权利要求2所述的一种中低压无拉弧直流断路器的参数设计方法，其特征在于，所述基于第二阶段内电源侧rlc二阶电路的阻尼状态为过阻尼状态，结合预设阻尼裕度，建立关于第一电容参数值的过阻尼方程包括：
6.根据权利5所述的一种中低压无拉弧直流断路器的参数设计方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵杨阳，周咏，徐海华，肖洋，周敬人，刘鹏，张家岳，陈文华，
申请(专利权)人：国网苏州城市能源研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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