[发明专利]一种基于H桥结构的双向Z源直流固态断路器

说明书

本发明公开了一种基于H桥结构的双向Z源直流固态断路器，包括第一晶闸管，第二晶闸管，第一电容，第二电容，第一电感，第二电感以及压敏电阻。第一晶闸管的阳极与第一电感的第二端连接；第一晶闸管的阴极与第一电容的第二端连接；第一电感的第一端与第一电容的第一端连接，其连接点作为第一引出端子；第二电感的第一端与第二晶闸管的阳极、第一晶闸管的阴极连接；第二电容的第一端与第二晶闸管的阴极、第一晶闸管的阳极连接，第二电感的第二端与第二电容的第二端连接，其连接点作为第二引出端子；压敏电阻的第一端与第一晶闸管阴极连接，压敏电阻的第二端与第二晶闸管阴极连接，构成能量吸收回路，在晶闸管关断时吸收系统中多余的能量。

技术领域

本发明涉及直流断路器技术领域，尤其涉及一种双向Z源直流固态断路器。

背景技术

不断开发可再生能源，推进新能源发电技术，成为未来先进发电技术的发展方向。直流微网结构简单，在输电效率、电能质量等方面有其独特的优势，是可再生能源接入的一种有效方式。直流微网的应用范围不断扩大，这对其安全运行也提出了更高的要求。直流电不存在自然过零点，增加了直流系统的保护难度，而直流断路器通过创建人造电流过零点以隔离故障并熄灭电弧，这是目前一种有效的直流保护方法。

直流断路器按照结构可以分为机械式，全固态式和混合式，但因为机械式和混合式开关速度均受到机械开关的影响而很慢，开关速度较慢。全固态式断路器随着电力电子器件突飞猛进的发展而不断进步，表现出隔离故障迅速、可靠性高等优点。现在固态断路器的一个发展方向为使用半控型元件以及优化拓扑结构。

Corzine K A等人在文献“Corzine K A,Ashton R W.Structure and analysisof the Z-source MVDC breaker[C]//2011IEEE Electric Ship TechnologiesSymposium.IEEE,2011:334-338.”提出一种以Z源变换器为基础发展而来的Z源固态断路器，它在不需要外加检测和控制电路的基础上，仅通过调整断路器元件的参数就可以实现满足系统参数设计要求的典型短路故障隔离作用。K.A.Corzine等人在文献“K.A.Corzineand R.W.Ashton,A New Z-Source DC Circuit Breaker[J].IEEE Transactions onPower Electronics,2012,27(6):2796-2804.”中提出了Z源固态直流断路器主要包含三种类型：交错型、并联型和串联型。但是Z源断路器仍存在一些问题，如交错型固态直流断路器存在电源与负载不共地的问题，并联型和串联型均存在较大的流经晶闸管的反向电流，而且上述Z源固态直流断路器存在的最大问题是不能实现功率和能量的双向流动。因此，双向Z源固态直流断路器被设计出来。Y.Tao等人在文献“Y.Tao,Y.Wang,Q.Lin andW.Li.Design and Simulation of a Bidirectional DC Circuit Breaker[C]//IECON2020The46th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society,Singapore,2020:3439-3444.”中提出一种基于H桥的双向直流固态断路器，它用电容代替了二极管的反向阻断作用，在稳态工作状态下，电流仅流经电感和晶闸管一个半导体元件就可以传递到负载侧，降低了系统通态损耗。然而，该断路器使用了较多的电容，造成电容冗余，增加断路器的体积重量和成本。因此，本专利介绍了一种双向桥式直流固态断路器。

发明内容

本发明公开了一种基于H桥结构的双向Z源直流固态断路器，解决了单向断路器能量和功率只能单向流动，双向断路器负载和电源不共地，通态损耗和体积重量大的局限性。

为实现上述效果，本发明提出了基于H桥结构的双向Z源直流固态断路器，包括：

第一晶闸管，第二晶闸管，第一电容，第二电容，第一电感，第二电感以及压敏电阻；

第一晶闸管的阳极与第一电感的第二端连接；