[发明专利]一种具有自适应限流能力的直流固态断路器控制方法

摘要

本发明公开了一种具有自适应限流能力的直流固态断路器及其控制方法，所述直流固态断路器的拓扑结构为由两个单向导通可关断桥臂和两个二极管串联桥臂所构成的H桥电路；其中，两个单向导通可关断桥臂分别与两个二极管串联桥臂同向串联，构成两个串联支路，所述串联支路彼此并联，两个串联支路并联时遵循同类型桥臂构成公共连接点的原则；直流电抗器L与直流偏置电源的串联支路连接到两个单向导通可关断桥臂的公共连接点和两个二极管串联桥臂的公共连接点上；直流线路则分别与单向导通可关断桥臂和二极管串联桥臂的两个公共连接点相连。本发明能够实现故障限流、保护与断流之间的有效配合，确保剩余网络的可靠故障穿越。

主权项

1.一种具有自适应限流能力的直流固态断路器控制方法，基于直流固态断路器实现，包括正常运行状态、故障限流状态、断流状态和恢复状态四种状态；其特征在于，所述直流固态断路器的拓扑结构为由两个单向导通可关断桥臂和两个二极管串联桥臂所构成的H桥电路；其中，两个单向导通可关断桥臂分别与两个二极管串联桥臂同向串联，构成两个串联支路；所述两个串联支路中的桥臂采用相同的布置方式，即分别采用单向导通可关断桥臂均在上、二极管串联桥臂均在下或者二极管串联桥臂均在上、单向导通可关断桥臂均在下这两种布置方式；所述串联支路彼此并联，两个串联支路并联时遵循同类型桥臂构成公共连接点的原则；直流电抗器L与直流偏置电源的串联支路连接到两个单向导通可关断桥臂的公共连接点和两个二极管串联桥臂的公共连接点上；直流线路则分别与单向导通可关断桥臂和二极管串联桥臂的两个公共连接点相连；所述控制策略具体包括以下处理：在正常运行状态下，断路器内所有全控固态开关均处于导通状态；偏置电流Ib设置为略大于直流系统的额定电流，或者略大于正常运行时可能出现的最大负荷电流，此时，断路器内的直流电抗器对外电路而言相当于被旁路；故障限流状态下，发生直流故障以后、直流固态断路器接收到保护跳闸信号以前，直流固态断路器内所有全控固态开关控制信号与正常运行状态时保持不变；直流线路电流迅速上升到偏置电流Ib以上，电感被瞬间自动接入到故障回路中，由于Ib仅略大于额定直流电流或最大负荷电流，故障发生至电感被接入故障回路所需的时间极短，因此能够在故障后迅速发挥限流作用，并防止直流电压的快速跌落，保证在故障被切除以前剩余网络的可靠故障穿越；当采用单向导通可关断桥臂在上、二极管串联桥臂在下的布置方式时：断流状态下，直流固态断路器接收到跳闸信号以后，根据保护判断信息：若该故障为正极线路故障、正极直流轨故障或负极母线故障，则立即关断位于故障极直流母线一侧的单向导通可关断桥臂上的所有全控固态开关，利用该桥臂上的避雷器快速消耗故障回路中的故障能量；若该故障为负极线路故障、负极直流轨故障或正极母线故障，则立即关断位于故障极非直流母线一侧的单向导通可关断桥臂上的所有全控固态开关，利用该桥臂上的避雷器快速消耗故障回路中的故障能量；此时直流电抗器续电流产生上负下正的电压，与直流偏置电源电压Vdc叠加后自动导通另一侧的单向导通可关断桥臂和二极管串联桥臂，形成续流回路，相当于对故障回路而言，直流电抗器瞬间被再次旁路，当采用二极管串联桥臂在上、单向导通可关断桥臂在下的布置方式时：恢复状态下，故障点消失或被排查清除，对直流固态断路器进行如下的恢复控制：在断流状态期间关断其中一个单向导通可关断桥臂的基础上，关断另一个单向导通可关断桥臂；利用两个单向导通可关断桥臂上的避雷器快速消耗电抗器中存储的故障能量；当直流电抗器续电流下降到预设偏置电流值Ib时，立即导通上述两个单向导通可关断桥臂上所有全控固态开关，直流固态断路器恢复至正常运行状态，以保证对二次故障的处理能力；此外，在断路器恢复期间，两个二极管串联桥臂在直流电抗器续电流作用下立即进入导通状态；相当于故障线路在另一单向导通可关断桥臂关断瞬间即被重合，系统立即开始恢复至故障前运行状态，即断路器恢复过程对系统恢复速度不产生任何影响。