双向制造技术

本发明专利技术公开的双向

【技术实现步骤摘要】
双向
△
源固态直流断路器


[0001]本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种双向
△
源固态直流断路器。

技术介绍

[0002]直流微电网是未来智能配用电系统的重要组成部分，可更高效可靠地接纳风、光等分布式可再生能源发电系统、储能单元、电动汽车、船舶、航空、数据中心、储能装置及其他直流用电负荷，对推进节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义。因此，直流微电网得到了很大的研究与推广应用。但是，直流微电网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，其仍是直流微电网系统的主要技术障碍之一，直流断路器也因此成为直流微电网清除故障电流的最佳选择。目前，在众多解决方案中，Z源类断路器以结构简单、成本低、快速响应、自然换向、无需检测控制系统等优点备受关注，但是，传统Z源类直流断路器存在源荷不共地、电源环流、负载突变时误动作及输入谐振、拓扑元件多等问题，而且，Z源类断路器的关断范围受到电感、电容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。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种双向
△
源固态直流断路器，解决了传统Z源类直流断路器输入谐振较大、短路电流过大、参数依赖模型、电源故障环流以及网络谐振的问题。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：双向
△<br/>源固态直流断路器，包括直流电源或负载模块Ⅰ，直流电源或负载模块Ⅰ的正极依次连接开关管模块Ⅰ、
△
源结构、开关管模块Ⅱ、直流电源或负载模块Ⅱ的正极，直流电源或负载模块Ⅱ的负极连接直流电源模块Ⅰ的负极。
[0005]本专利技术的特点还在于，
[0006]双向
△
源固态直流断路器能够实现双向故障分断，结构也具有对称性，开关管模块Ⅰ包括晶闸管SCR1和二极管D5，开关管模块Ⅱ包括晶闸管SCR2和二极管D4；晶闸管SCR2的阴极连接二极管D4的阳极，晶闸管SCR2的阳极连接二极管D4的阴极；二极管D5的阴极连接晶闸管SCR1的阳极，二极管D5的阳极连接晶闸管SCR1的阴极。
[0007]△
源结构包括与晶闸管SCR1阴极连接的变压器绕组W1的耦合端，变压器绕组W1的耦合端还连接有变压器绕组W2的耦合端，变压器绕组W1的非耦合端连接有变压器绕组W3的耦合端，变压器绕组W2的非耦合端连接变压器绕组W3的非耦合端后再连接至二极管D4的阳极；变压器绕组W1的非耦合端和变压器绕组W3的耦合端连接后再连接有电容的正极，电容的负极连接至直流电源的负极和负载的负极。
[0008]△
源结构还包括分别与变压器绕组W1、变压器绕组W2、变压器绕组W3并联的缓冲吸收回路Ⅰ、缓冲吸收回路Ⅱ和缓冲吸收回路Ⅲ。
[0009]缓冲吸收回路Ⅰ包括一端连接变压器绕组W1耦合端的吸收电阻R1，吸收电阻R1的另
一端连接有二极管D1的阴极，二极管D1的阳极连接至变压器绕组W1的非耦合端；缓冲吸收回路Ⅱ包括一端连接变压器绕组W2耦合端的吸收电阻R2，吸收电阻R2的另一端连接有二极管D2的阴极，二极管D2的阳极连接至变压器绕组W2的非耦合端；缓冲吸收回路Ⅲ包括一端连接变压器绕组W3耦合端的吸收电阻R3，吸收电阻R3的另一端有二极管D3的阴极，二极管D3的阳极连接至变压器绕组W3的非耦合端。
[0010]本专利技术的有益效果是：本专利技术的双向
△
源固态直流断路器，通过引入耦合电感，在稳态运行时电源电流不存在输入谐振，确保了直流系统的启动时的安全性和可靠性；解决了传统Z源中由于电容和电感产生谐振从而导致电路存在网络谐振、负载电压存在负调的问题以及短路故障时的电源环流问题，避免后级负载产生电压振荡及过大的短路电流，确保了后级负载的安全性；同时将关断速度提升至微秒级，通过调节变压器变比来控制关断范围，减少了断路器性能对电容参数的依赖性，避免因为负载突变而导致的误跳闸。
附图说明
[0011]图1是本专利技术的双向
△
源固态直流断路器的电路图；
[0012]图2是本专利技术正向导通时
△
源固态直流断路器的电路图；
[0013]图3是本专利技术的
△
源固态直流断路器在稳态时电路的电流流向图；
[0014]图4是本专利技术的
△
源固态直流断路器在短路故障时电路的电流流向图；
[0015]图5是本专利技术的
△
源固态直流断路器在晶闸管反向恢复过程中电路的电流流向图；
[0016]图6是本专利技术的
△
源固态直流断路器在耗散状态时电路的电流流向图；
[0017]图7是本专利技术正向导通时，负载侧短路故障时的晶闸管SCR1电流仿真波形；
[0018]图8是本专利技术正向导通时，负载侧短路故障时负载电流仿真波形；
[0019]图9是本专利技术正向导通时，负载阶跃时晶闸管SCR1电流的仿真波形；
[0020]图10是本专利技术正向导通时，负载阶跃时负载电流仿真波形；
[0021]图11是本专利技术反向导通时，负载侧短路故障时的晶闸管SCR2电流仿真波形；
[0022]图12是本专利技术反向导通时，负载侧短路故障时电容电压仿真波形；
[0023]图13是本专利技术反向导通时，负载阶跃时晶闸管SCR2电流的仿真波形；
[0024]图14是本专利技术反向导通时，负载阶跃时负载电流仿真波形。
具体实施方式
[0025]下面结合附图以及具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0026]本专利技术提供了一种双向
△
源固态直流断路器，如图1所示，直流电源或负载模块Ⅰ即左侧直流电源或负载U
i
/U
o
的正极与晶闸管SCR1的阳极相连，晶闸管SCR1的阴极连接
△
源结构中的变压器绕组W1的耦合端，
△
源结构中的变压器绕组W3的非耦合端连接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极连接直流电源或负载模块Ⅱ即右侧直流电源或负载U
i
/U
o
的正极，右侧直流电源或负载U
i
/U
o
的负极连接左侧直流电源或负载的负极。晶闸管SCR2的阴极连接二极管D4的阳极，晶闸管SCR2的阳极连接二极管D4的阴极；二极管D5的阴极连接晶闸管SCR1的阳极，二极管D5的阳极连接晶闸管SCR1的阴极。该断路器具有对称性，任意一端直流电源或负载U
i
/U
o
发生短路时，断路器分断故障的原理相同，故本专利技术专利以电流正向导通时为
例，阐述双向
△
源固态直流断路器的功能，下文将该断路器正向导通时的拓扑简写为
△
源固态直流断路器。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.双向
△
源固态直流断路器，其特征在于，包括直流电源或负载模块Ⅰ，直流电源或负载模块Ⅰ的正极依次连接开关管模块Ⅰ、
△
源结构、开关管模块Ⅱ、直流电源或负载模块Ⅱ的正极，直流电源或负载模块Ⅱ的负极连接直流电源模块Ⅰ的负极。2.如权利要求1所述的双向
△
源固态直流断路器，其特征在于，所述开关管模块Ⅰ包括晶闸管SCR1和二极管D5，开关管模块Ⅱ包括晶闸管SCR2和二极管D4；晶闸管SCR2的阴极连接二极管D4的阳极，晶闸管SCR2的阳极连接二极管D4的阴极；二极管D5的阴极连接晶闸管SCR1的阳极，二极管D5的阳极连接晶闸管SCR1的阴极。3.如权利要求2所述的双向
△
源固态直流断路器，其特征在于，所述
△
源结构包括与晶闸管SCR1阴极连接的变压器绕组W1的耦合端，变压器绕组W1的耦合端还连接有变压器绕组W2的耦合端，变压器绕组W1的非耦合端连接有变压器绕组W3的耦合端，变压器绕组W2的非耦合端连接变压器绕组W3的...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋卫章，王晨，薛丹，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：