一种船舶直流电网纯固态短路保护装置制造方法及图纸

一种船舶直流电网纯固态短路保护装置，其包括至少两个结构相同的、对称设置的短路保护模块，短路保护模块通过直流母线连接并分别与对应的直流组网电推装置连接；至少两个结构相同的斩波电路，斩波电路分别连接在对应的短路保护模块的第一正极端口与第一负极端口之间。本装置在具备冗余关断保护能力的同时具备直流母线间能量调配、电压控制、电流/功率限制等功能，其能够实现直流电网的主动可控，该短路保护装置采用了背靠背式DC/DC的优化结构，这样也就可以形成分段式拓扑，每侧各自成柜，柜体完全镜像对称，两部分连接起来共同构成一组短路保护装置。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶直流电网纯固态短路保护装置
本专利技术涉及船舶电力推进
，具体地说，涉及一种船舶直流电网纯固态短路保护装置。
技术介绍
电力推进的良好机动性使得其在船舶动力领域得到应用，随着电力电子技术的发展，交流变频电力推进装置在船舶上开始广泛应用。近年来电力电子技术的发展和直流应用概念的拓展，直流电网的电力推进系统开始出现了市场应用，以满足船东、社会对水路交通节能、环保的综合需求。相比于交流电网电力推进系统，直流组网电力推进系统在分布电源接入、能量存储释放、负荷扰动抑制、节能减排降噪方面均具有突出的技术优势，以变速发电、大容量能量存储和变频驱动技术形成的直流混合动力推进可有效解决交流组网电力推进系统在稳定性、可靠性和经济性不足的技术难题。因此，基于经济型驱动和节省空间的优势，目前中小型船舶电力推进在往直流组网方面发展。图1示出了现有的交流组网和直流组网电力推进系统拓扑示意图。直流组网与交流组网的区别在于，对单台柴油机直接整流并入直流电网，直流组网不再牵涉到发电机并车和交流配电盘的问题，同时电力推进省去了前端的配电盘、变压器。直流电网没有了相位的要求使得柴油机组可以根据当前负荷变化实现变速发电以提高整个电力推进系统的效率，提高推进系统的燃油经济性。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种船舶直流电网纯固态短路保护装置，所述装置包括：至少两个结构相同的、对称设置的短路保护模块，所述短路保护模块通过直流母线连接并分别与对应的直流组网电推装置连接；至少两个结构相同的斩波电路，所述斩波电路分别连接在对应的短路保护模块的第一正极端口与第一负极端口之间。根据本专利技术的一个实施例，所述短路保护模块包括：第一直流电容，其用于连接在所述直流组网电推装置的正负极之间；第一开关管，其第一端口形成所述短路保护模块的第一正极端口，以用于与所述直流组网电推装置的正极连接；电感，其第一端口与所述第一开关管的第二端口连接，第二端口形成所述短路保护模块的第二正极端口，以用于通过直流母线与其他短路保护模块连接；第二开关管，其第一端口与所述第一开关管的第二端口连接，第二端口形成所述短路保护模块的第一负极端口和第二负极端口，以用于通过所述第一负极端口与所述直流组网电推装置的负极连接，通过所述第二负极端口与其他短路保护模块连接；第二直流电容，其一端与所述电感的第二端口连接，另一端与所述第二开关管的第二端口连接。根据本专利技术的一个实施例，所述短路保护装置还包括：第三开关管，其第一端口形成所述短路保护模块的第一负极端口，以用于与所述直流组网电推装置的负极连接，第二端口与所述第二开关管的第二端口连接。根据本专利技术的一个实施例，所述短路保护模块包括：第一直流电容，其用于连接在所述第一短路保护模块的第一正极端口与第一负极端口之间；第一开关管，其第一端口形成所述第一短路保护模块的第一正极端口，以用于与对应直流组网电推装置的正极连接，第二端口形成所述第一短路保护模块的第二正极端口，以用于与所述第二短路保护模块的第二正极端口连接；第二开关管，其第一端口形成所述第一短路保护模块的第一负极端口，以用于与对应直流组网电推装置的负极连接，其第二端口形成所述第一短路保护模块的第二负极端口，以用于与所述第二短路保护模块的第二负极端口连接；第一二极管，其正极与所述第二开关管的第二端口连接，负极与所述第一开关管的第二端口连接。根据本专利技术的一个实施例，所述第一短路保护模块还包括：第一电感，其连接一端与所述第一开关管的第二端口连接，另一端形成所述第一短路保护模块的第二正极端口；和/或，第二电感，其连接一端与所述第二开关管的第二端口连接，另一端形成所述第一短路保护模块的第二负极端口。根据本专利技术的一个实施例，所述斩波电路包括：第四开关管，其第一端口与所述短路保护模块的第一正极端口连接；斩波电阻，其一端与所述第四开关管的第二端口连接，另一端与所述短路保护模块的第一负极端口连接。根据本专利技术的一个实施例，所述斩波电路还包括：第五开关管，其第一端口与所述第四开关管的第二端口连接，第二端口与所述短路保护模块的第一负极端口连接。根据本专利技术的一个实施例，所述斩波电路还包括：钳位二极管，其正极与所述短路保护模块的第一负极端口连接，负极与所述第四开关管的第二端口连接。根据本专利技术的一个实施例，所述第一直流电容集成在所述斩波电路中。根据本专利技术的一个实施例，各个开关管包含开关部和与所述开关部反相并联的续流二极管。本专利技术所提供的船舶直流电网纯固态短路保护装置在具备冗余关断保护能力的同时具备直流母线间能量调配、电压控制、电流/功率限制等功能，其能够实现直流电网的主动可控。该短路保护装置采用了背靠背式DC/DC的优化结构，这样也就可以形成分段式拓扑，每侧各自成柜，柜体完全镜像对称，两部分连接起来共同构成一组短路保护装置。这种结构能够使每组短路保护装置都平均分布在需电气连接的变流柜两端，从而保证了短路保护装置置入柜体后两侧柜体的对称性。同时，变流柜两端布置半个保护装置(即各一个短路保护模块)后，能够方便若干组变流柜组成主流母线或直流环网，从而极大地提高了装置的工程应用适应性。而各个短路保护某开可以独立控制，这样也就可以独立控制半柜内的斩波和单侧保护模块动作，从而保证关断与斩波的实时协同性，继而高精度时序控制确保固态开关关断瞬间过电压抑制的可靠性。同时，该短路保护装置采用正负极冗余关断拓扑结构，这样也就可以保证某一开关管失效时整个装置仍然能够正常通过电流并且能够在故障时正常关断，从而提高了整个装置的可靠性。此外，该短路保护装置采用了开关管对称续流方式续流抬升固态断路器关断瞬间开关桥之间的电压，其替代了旁路RLC电路和MOV电路来消除固态开关关断瞬间开关两侧的过电压，这样也就省去RLC和MOV电路减少器件数量，从而有助于降低整个装置的成本并减小其体积。同时，该短路保护装置的正负极端口间引入了斩波回路，这样也就使得斩波回路除了直流母线过电压抑制功能外，也具备协同抑制固态开关故障关断瞬间开关桥外侧过电压的功能。在控制器控制装置分断时开启斩波，斩波回路能够形成一个RL回路抑制关断瞬间产生的高压，从而实现一装置两个用途，并进一步降低了短路故障时固态开关关断瞬间的过电压，提升了保护装置的综合性能。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：图1是现有的交流组网和直流组网电力推进系统拓扑示意图；图2是现有的混合式断路器的结构示意图；图3是现有的固态短路器的结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种船舶直流电网纯固态短路保护装置，其特征在于，所述装置包括：/n至少两个结构相同的、对称设置的短路保护模块，所述短路保护模块通过直流母线连接并分别与对应的直流组网电推装置连接；/n至少两个结构相同的斩波电路，所述斩波电路分别连接在对应的短路保护模块的第一正极端口与第一负极端口之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种船舶直流电网纯固态短路保护装置，其特征在于，所述装置包括：
至少两个结构相同的、对称设置的短路保护模块，所述短路保护模块通过直流母线连接并分别与对应的直流组网电推装置连接；
至少两个结构相同的斩波电路，所述斩波电路分别连接在对应的短路保护模块的第一正极端口与第一负极端口之间。


2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述短路保护模块包括：
第一直流电容，其用于连接在所述直流组网电推装置的正负极之间；
第一开关管，其第一端口形成所述短路保护模块的第一正极端口，以用于与所述直流组网电推装置的正极连接；
电感，其第一端口与所述第一开关管的第二端口连接，第二端口形成所述短路保护模块的第二正极端口，以用于通过直流母线与其他短路保护模块连接；
第二开关管，其第一端口与所述第一开关管的第二端口连接，第二端口形成所述短路保护模块的第一负极端口和第二负极端口，以用于通过所述第一负极端口与所述直流组网电推装置的负极连接，通过所述第二负极端口与其他短路保护模块连接；
第二直流电容，其一端与所述电感的第二端口连接，另一端与所述第二开关管的第二端口连接。


3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述短路保护装置还包括：
第三开关管，其第一端口形成所述短路保护模块的第一负极端口，以用于与所述直流组网电推装置的负极连接，第二端口与所述第二开关管的第二端口连接。


4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述短路保护模块包括：
第一直流电容，其用于连接在所述第一短路保护模块的第一正极端口与第一负极端口之间；
第一开关管，其第一端口形成所述第一短路保护模块的第一正极端口，以用于与对应直流组网电推装置的正极连接，第二端口形成所述第一短路保护模块的...

【专利技术属性】
技术研发人员：付如愿，胡家喜，何亚屏，何多昌，钱正彦，罗文广，刘少奇，邹扬举，
申请(专利权)人：株洲中车时代电气股份有限公司，中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43