[发明专利]一种Ю源直流固态断路器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种Ю源直流固态断路器，包括直流电源，直流电源的正极与开关晶闸管的阳极相连，直流电源的负极与线路电感任一端口相连，开关晶闸管的阴极分别连接变压器原边电感的耦合端和变压器副边电感的耦合端，变压器原边电感的非耦合端与后级负载相连，变压器副边电感非耦合端通过H桥电路连接电容，线路电感的另一端口和后级负载的另一端口相连，线路电感的另一端口还相连H桥电路。本发明还公开了一种Ю源直流固态断路器的控制方法，解决了现有技术中存在的多次关断永久性故障难以保证安全重启的问题。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种Ю源直流固态断路器，还涉及上述一种Ю源直流固态断路器的控制方法。

背景技术

随着世界范围内环境问题日益突出，新能源得到大规模应用，诸如船舶、航空、数据中心、储能装置等直流负荷日益增加，直流微电网得到了很大的研究与推广应用。但是，直流系统中集成了大量敏感负载和变流器且直流系统电流没有自然过零点，发生故障时系统电流上升率很高，严重影响敏感负载供电连续性和可靠性，因此短路保护非常具有挑战性，其仍是直流电源系统主要技术障碍之一。所存在的解决方案中，把DC/DC电路拓展应用于断路器中的半固态Z源类断路器以快速响应、自然换向、无需检测控制系统、成本较低等优点受到了广泛关注。

但是，Z源类断路器存在两大缺陷，一方面，Z源类断路器的关断范围受到电感、电容、变压器等无源器件参数的影响，参数的取值不同，关断范围不同，同时参数的设置计算过程较为复杂，使得Z源类断路器的通用性降低。另一方面，Z源类断路器不能在断路器重合闸前对C充电以提供中断能力，当断路器重新闭合时，若故障存在，电容两端无法建立电压，无法实现再次故障隔离，使得电源与故障点直通，产生极大的短路电流，无法保证微电网安全重启。

针对断路器对参数依赖的问题，学者李长乐将耦合电感引入断路器提出了T源断路器，可适当通过变压器变比来调节短路关断区域，但关断区域仍有一定局限性；李伟林教授等人提出了引入两个参数的断路器拓扑-Y源断路器，但仍没有从根本上解决问题；陈婉君教授等人提出了一种新型隔离断路器来解决参数影响问题，但其电路结构相对复杂。

针对Z源类断路器对于永久性故障关断以保证系统安全重启问题，为了实现电容短路关断后电压为正，Swati G Savaliya等人提出了充电电路将电流能量反向充电给电容实现电容正压来实现重合闸功能，该方法引入额外的充电电路，增加了成本和电路控制的复杂性；B.G.Fernandes等人将双向准Z源拓扑进行相位移动实现给电容充电储能，但并没有考虑启动抑制电路影响；Anindya Ray等人利用H桥来构建路径实现混合式断路器电容正压，所提出的控制方法相对复杂，且只应用于混合式断路器中。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种Ю源直流固态断路器，解决了现有技术中存在的多次关断永久性故障难以保证安全重启的问题。

本发明的第二目的是提供一种Ю源直流固态断路器的控制方法。

本发明所采用的技术方案是，一种Ю源直流固态断路器，包括直流电源，直流电源的正极与开关晶闸管的阳极相连，直流电源的负极与线路电感任一端口相连，开关晶闸管的阴极分别连接变压器原边电感的耦合端和变压器副边电感的耦合端，变压器原边电感的非耦合端与后级负载相连，变压器副边电感非耦合端通过H桥电路连接电容，线路电感的另一端口和后级负载的另一端口相连，线路电感的另一端口还相连H桥电路。

本发明的特点还在于：

H桥电路包括开关Ⅰ、二极管Ⅱ、二极管Ⅲ和开关Ⅳ，变压器副边电感非耦合端分别连接开关Ⅰ的发射极和二极管Ⅱ的阴极，开关Ⅰ上设置有S_1-反并联二极管，开关Ⅰ的集电极分别连接二极管Ⅲ的阴极和电容的正极，二极管Ⅱ的阳极分别连接开关Ⅳ的发射极和电容的负极，开关Ⅳ的集电极和二极管Ⅲ的阳极相连，开关Ⅳ上设置有S_4-反并联二极管。

线路电感的另一端口连接在开关Ⅳ和二极管Ⅲ之间的连接线路上。