[发明专利]一种固态断路器的过流检测及开断控制方法

说明书

本发明公开了一种适合于固态断路器的故障电流检测及开断控制方法，属于电力系统配电和用电领域。该方法主要包括半导体器件电流检测模块、过流阈值设定与输出模块、过流信号的比较与逻辑综合模块等。本发明利用半导体器件固有的伏安特性，通过检测器件的导通电压实现电流检测，并通过多项式拟合计算得到过流阈值信号，无需在电路中增加额外的采样电阻，不增加额外的损耗；也无需成本较高的电流传感器，且容易实现快速的故障检测与开断控制。

技术领域

本发明涉及配电与用电领域，特别是涉及一种固态断路器的故障电流检测与开断控制技术。

背景技术

随着光伏等新能源的大规模接入，以及用户对供电质量和可靠性要求的提高，交流配电网的缺点和劣势使其难以满足现代及未来配网的需求。直流配电网具有线路损耗小、供电质量好及距离远等优势，成为了学术界及工业界广泛关注的配电网发展方向。然而，直流配用电技术面临的关键问题为故障的清除。不同于交流电流，直流电流不具有自然过零点，且当出现短路故障时电流上升速度非常快，这要求故障保护装置需在非常短的时间内切除故障，否则影响整个配电网的运行可靠性。断路器是直流配电网保护系统的核心装置，需在直流配电网出现短路、过流等故障时，自动的断开电路，切出故障。因此，研究高性能的断路器技术对直流配电网的发展具有重要意义。

适用于直流配电网的断路器主要包括机械式和固态式两大类。机械式直流断路器是在传统交流断路器的基础上发展而来，需要复杂的灭弧装置或人为产生电流过零点。固态断路器包括全固态和混合式两种，均采用功率半导体器件实现故障电路的切断。相对于机械式断路器，固态断路器无需灭弧，结构和控制均比较简单，因此被广泛认为是直流配电网最可行的断路器方案。

无论是全固态还是混合式固态断路器，均需要快速的故障电流检测来实现电路的可靠关断。目前，常见的电流检测方法包括直接式和间接式两类。直接式的方法原理如图1所示，该方法在电路中串联电阻R_s，通过检测R_s两端的电压u_R并利用u_R和电路电路i之间的比例关系u_R＝i·R_s，反计算出电流i。该方法结构简单、精度高、成本低，但存在串联电阻产生的功耗大、适用的电流小等明显缺点。间接式的方法如图2所示，采用霍尔等电流传感器检测得到电路中的电流信号，克服了直接式的缺点，但高速的电流传感器成本高昂，且在高干扰噪声的环境中可靠性降低，削弱了固态断路器相对于机械式断路器的优势。两种方法获得电流信号，可送入控制器中，通过与设定的电流阈值作比较，产生半导体器件的控制信号。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种适用于固态断路器的无额外损耗、低成本、快速的过流检测技术，并以此实现固态断路器的可靠关断。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：一种固态断路器的过流检测及开断控制方法，包括以下步骤：

第一步，通过导通电压检测电路获得半导体器件的导通电压u_ce；

第二步，根据设定的过流阈值信号i_th，在数字控制器中通过电压拟合计算出电压阈值的数字信号u_thd；

第三步，根据数字信号u_thd，通过数模转换器产生电压阈值的模拟信号u_th；

第四步，将第一步中的u_ce信号与第三步中的u_th信号作比较，产生故障信号s_f，比较的规则为，若u_ce大于等于u_th，则s_f为高电平；若u_ce小于u_th，则s_f为低电平；

第五步，在数字控制器中，根据第四步中信号s_f产生半导体器件的驱动控制信号g，并通过驱动电路对半导体器件进行开断控制。