基于耦合电感的自触发混合式直流断路器研究

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2026.04.005

电器与能效管理技术 ›› 2026, Vol. 0 ›› Issue (4): 41-48.doi: 10.16628/j.cnki.2095-8188.2026.04.005

基于耦合电感的自触发混合式直流断路器研究

任昌宾¹, 卢权胜², 黄靖靖³, 尹健宁³

¹ 浙江天正智能电器有限公司, 浙江嘉兴 314031
² 浙江天正电气股份有限公司, 浙江温州 325604
³ 西安理工大学电气工程学院, 陕西西安 710054

收稿日期:2025-12-17 出版日期:2026-04-30 发布日期:2026-05-18
作者简介:任昌宾(1985—),男,高级工程师,主要从事低压电器产品设计工作。|卢权胜(1983—),男,高级工程师,主要从事低压电器产品设计工作。|黄靖靖(2002—),女,硕士研究生,研究方向为直流断路器先进中断技术。
基金资助:
陕西省教育厅科研计划项目(24JP128)

Research on Self-Triggered Hybrid DC Circuit Breaker with Coupled Inductors

REN Changbin¹, LU Quansheng², HUANG Jingjing³, YIN Jianning³

¹ Zhejiang Tengen Smart Electric Co., Ltd., Jiaxing 314031, China
² Zhejiang Tengen Electric Co., Ltd., Wenzhou 325604, China
³ School of Electrical Engineering, Xi’an University of Technology, Xi’an 710054, China

Received:2025-12-17 Online:2026-04-30 Published:2026-05-18

摘要/Abstract

摘要： 为提升光伏系统中直流断路器的分断性能,提出了一种基于耦合电感的自触发混合式直流断路器(HDCCB),并采用小型断路器作为其机械开关。基于实验测得电弧伏安特性,建立了该自触发HDCCB的分断模型。通过耦合电感降低故障电流的上升率,进而限制其峰值。同时,提前绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的导通时刻,缩短了断路器的整体分断时间。在高电压等级下,电感的分压和限流能力有助于实现大容量分断。结果表明,所提出的断路器在1 500 V电压等级下,实现了对15 kA电流的分断,分断时间为4.45 ms。

关键词: 混合式直流断路器, 自触发, 耦合电感, 分断时间

Abstract:

To improve the interruption performance of DC circuit breakers in photovoltaic systems, a self-triggered hybrid DC circuit breaker(HDCCB) based on coupled inductors is proposed, which uses a miniature circuit breaker as the mechanical switch. Based on the experimentally measured arc volt-ampere characteristics, an interruption model of the proposed HDCCB is established. The coupled inductors reduce the rise rate of the fault current, thereby limiting its peak value. In addition, advancing the turn-on instant of the IGBTs shortens the overall interruption time of the circuit breaker. At high voltage levels, the voltage division and current limiting capabilities of the inductors contribute to high-capacity interruption. The results show that the proposed breaker interrupts a 15 kA current in 4.45 ms at a 1 500 V voltage level.

Key words: hybrid DC circuit breaker, self-triggered, coupled inductor, interruption time

中图分类号:

TM561

任昌宾, 卢权胜, 黄靖靖, 尹健宁. 基于耦合电感的自触发混合式直流断路器研究[J]. 电器与能效管理技术, 2026, 0(4): 41-48.

REN Changbin, LU Quansheng, HUANG Jingjing, YIN Jianning. Research on Self-Triggered Hybrid DC Circuit Breaker with Coupled Inductors[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2026, 0(4): 41-48.

图/表 17

表1

图1

图2

图3

图4

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图6

图7

图8

表2

图9

表3

图10

图11

图12

图13

图14

参考文献 16

[1]	王志刚, 周柳, 周春龙. 船用大容量直流断路器的优化与设计改进[J]. 电器与能效管理技术, 2025(4),41-46.
[2]	杨晨曦, 贾申利, 黄小龙, 等. 基于并联电容的低压直流断路器机理分析[J]. 电器与能效管理技术, 2025(8):9-16.
[3]	易晨曦, 李静, 彭世东, 等. 中压直流空气断路器短路分断电弧特性研究[J]. 电器与能效管理技术, 2023(8):17-23.
[4]	王稼骏, 张立茜, 蒋治国, 等. 中低压直流开关电器试验系统应用[J]. 电器与能效管理技术, 2025(1):61-67.
[5]	臧卫, 令狐绍江, 葛世伟. 直流微电网短路故障电流保护装置研究[J]. 电器与能效管理技术, 2022(11):39-45.
[6]	刘海滨, 向小青, 周明明. 塑壳断路器触头故障分析与优化设计[J]. 电器与能效管理技术, 2025(7):44-48.
[7]	吴鑫, 陶闯闯, 王景帅, 等. 低压直流固态断路器关键技术研究[J]. 电器与能效管理技术, 2024(1):1-5.
[8]	刘宇, AL-DWEIKAT M, 张国钢. 基于压电执行机构的快速直流分断技术研究[J]. 电器与能效管理技术, 2025(6):1-6.
[9]	张照资, 高偲智, 汪倩, 等. 自触型低压混合式直流断路器系统设计与分断特性研究[J]. 中国电机工程学报, 2024, 44(11):4544-4556.
[10]	MAGMUS C. The hybrid HVDC breaker an innovation breakthrough enabling reliable HVDC grids[R]. 2012.
[11]	ZHANG X, YAN X, QU L, et al. A novel high-power hybrid DC breaker based on compound power electronic switch with integrated commutation ability[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2022, 37(3):2465-2469. doi: 10.1109/TPEL.2021.3109909
[12]	YIN J, LANG X, ZHAO Y, et al. Interruption characteristic of self-triggering low voltage hybrid DC circuit breaker with non-polarized bidirectional breaking[J]. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2024, 163:110348. doi: 10.1016/j.ijepes.2024.110348
[13]	成达, 张蓬鹤, 熊素琴, 等. 新型低压直流断路器研究综述[J]. 电器与能效管理技术, 2022(11):1-8.
[14]	赵智忠, 南坤宁, 陈海, 等. 耦合电感二次限流的混合式直流断路器拓扑研究[J]. 电网技术, 2025, 49(8):3443-3452.
[15]	束洪春, 邵宗学, 旷宇. 基于改进型限流混合式直流断路器的分断时序优化研究[J]. 电工技术学报, 2023, 38(22):6176-6187.
[16]	余银波, 邹海荣, 蒋顾平. 基于窄缝和大开距技术对断路器临界电流试验的分析[J]. 电器与能效管理技术, 2025(4):60-65.

对比项	机械结构 (灭弧板灭弧)	机械结构 (创造电流过零点)	固态结构	混合式结构 (自然换流)	混合式结构 (强制换流)
分断时间	中等	中等	极短	短	短
灭弧方式	灭弧板冷却	谐振过零	无弧分断	电流转移	电流转移
电弧烧蚀程度	严重	严重	无	较轻	较轻
使用寿命	短	短	中等	长	长
换流可靠性	—	略低	高	中等	高
通态损耗	低	低	大	低	低

对比项	MCB	HDCCB
总支路电流峰值/A	4 038.89	2 604.84
分断时间/ms	7.40	4.24
机械开关电流峰值/A	4 038.89	1 813.77
转移支路电流峰值/A	—	2 604.63

对比项	耦合系数
对比项	k=0.5	k=0.6	k=0.7	k=0.8	k=0.9
总支路电流峰值/A	4 048.44	3 968.77	3 899.08	3 823.74	3 758.58
主支路电流峰值/A	2 617.59	2 597.41	2 577.54	2 557.97	2 538.69
分断时间/ms	4.74	4.64	4.57	4.48	4.41

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[1]	刘宇, Mohmmad AL-DWEIKAT, 张国钢. 基于压电执行机构的快速直流开断技术研究[J]. 电器与能效管理技术, 2025, 0(6): 1-6.
[2]	安金海, 邢星围, 张畅. 基于耦合电感的零输入电流纹波高增益DC/DC变换器[J]. 电器与能效管理技术, 2023, 0(12): 39-47.
[3]	田健, 徐玉珍. 一种耦合谐振电感IPOP型双谐振LLC变换器[J]. 电器与能效管理技术, 2022, 0(7): 7-15.
[4]	臧卫, 令狐绍江, 葛世伟. 直流微电网短路故障电流保护装置研究[J]. 电器与能效管理技术, 2022, 0(11): 39-45.
[5]	洪建超, 林国庆. 一种耦合电感零纹波高增益DC/DC变换器[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(2): 88-93.
[6]	张钟, 徐玉珍. 基于耦合电感的零纹波高增益组合式Sepic变换器[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(11): 73-79.
[7]	张旭, 郑哲, 罗福彪, 周哲峰, 任万滨. 小型继电器触点粘接失效现象的复现与失效机理[J]. 电器与能效管理技术, 2021, 0(10): 52-56.