[发明专利]并联解耦电路实现并联直流网络管理

说明书

技术领域

本发明涉及一种并联直流(DC)网络管理系统，更具体地说，涉及一种利用快速耦合和解耦并联电力电子装置来管理多个并联直流网络的系统。

背景技术

并联直流网络的更普遍的应用是用于如下的情况：上游直流网络向两个或多个下游网络提供电能。

图1示出了通用并联直流网络的电路示意图。如图1所示，包括上游电源网络以及下游并联直流网络。为了简洁，图1中仅示出了两个并联的直流网络，即直流网络1和直流网络2。

如图1所示，通常，熔丝(或直流断路器)放置在每个下游直流网络，断开以避免下游直流网络上出现的短路故障的传播。然而，基于如下几个原因，这种方案并不是很理想：

-熔丝的选择性不容易达成。当在直流网络1上出现故障时，不能确定直流网络的哪个熔丝首先断开。

-与电力电子装置相比，熔丝和直流断路器的反应时间慢。直流网络和/或下游直流网络最初利用静态电源开关断开。熔丝和直流断路器用于停止短路来限制损害但不能提供对电力电子装置的保护。在这种情况下，存在将初期故障扩展到其他电力电子装置的重大危险。

-熔丝和直流断路器的成本是昂贵的。

图2示出了当两个或多个独立直流网络互联时现有并联直流网络的电路示意图。图2所示电路与图1类似。同样，熔丝(或直流断路器)放置在上游主干网(main network)和下游直流网络，断开以避免上游主干网或下游直流网络上出现的短路故障的传播。同样，图2的示例中也存在着参考图1所述的上述问题。

图3和图4示出了当采用静态开关来代替熔丝或断路器的现有并联直流网络的电路示意图，其中图3示出了具有短路和接地故障保护；而图4示出了仅仅具有短路保护。

当上游或下游的某一处发生故障时，静态开关T1-T4能够切断发生故障侧的输出。从而采用电力电子保护来代替熔丝或断路器的方案能够改善保护的选择性，并且反应时间与熔丝或断路器相比更快。在静态开关保护的操作之后，切断系统能够串联地加入，用于隔离下游直流网络。然而，基于如下几点原因，这种方案也不太理想：

-跟随操作模式，当两个直流网络与不同的直流总线电压电平相连接时，直流扼流线圈L1-L4(或者具有电阻器、继电器以及类似装置的限流装置)对于限制两个直流网络之间的电流是必须的；

-事实上，当切断短路电流时，产生通过直流扼流线圈或直流线路的强电流间断，这导致强过压。因此，如果直流扼流线圈L1-L4被使用，或者如果在功率静态开关T1-T4和互联的点之间是长距离的，需要加入并联的过压保护装置DZ1-DZ2来保护功率静态开关T1-T4；

-下游网络的所有直流电流通过功率静态开关T1-T4。静态开关T1-T4的传导能量损失可能是重要的。

图5示出了上游出现短路故障时，图4的并联直流网络的电路状态图。图6示出了下游出现短路故障时，图4的并联直流网络的电路状态图。

如图5所示，当上游出现短路故障期间，电路中的电流回路如图中的状态图A所示，故障之后，断路器K1和K2被断开以停止所有下游网络，如图5状态图B所示。然而，图5中的电路并未能停止上游中的短路故障。同样，当短路故障发生在下游期间，电路中的电流回路示于图6的状态图A中。故障之后，如图6状态图B所示，断路器K1和K2被断开以停止所有下游网络。显然，图6中的电路也未能停止直流网络1中的故障。

参考图5和图6，利用现有技术的方法，当短路故障发生时，存在如下问题：

-存在(利用熔丝或断路器保护)断开整个直流下游网络的危险；

-网络中出现的短路故障将继续，并未能被停止；

-对于上游和下游中放置的电力电子系统存在强故障危险；

-保护切断直流网络。

图7示出了下游出现接地故障时，图3的并联直流网络的电路状态图。

如图7所示，当下游出现接地故障期间，电路中的电流回路如图中的状态图A所示，故障之后，断路器K1-K4被断开以停止所有下游网络，如图状态图B所示。然而，下游中的接地故障并未被停止。同样，图7中的电路也存在上述图5-6中相同的问题。

在现有技术方案中采用的熔丝或断路器K1、K2、K3、K4保护是将熔丝或断路器串联在直流网络中。通常具有如下缺点：

-直流断路器

·昂贵

·太慢而不能保护连接到直流网络的电力电子元件

-熔丝

·太慢而不能保护连接到直流网络的电力电子元件

·非可控装置。不能控制保护选择性。这意味着不能知道哪个熔丝将首先烧断。