【技术实现步骤摘要】
：本专利技术属于直流断路器，具体涉及一种基于晶闸管关断时间的耦合电感类z源固态直流断路器低冗余建模方法。
技术介绍
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技术介绍
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1、固态直流断路器通过人为控制产生电流过零点以切断短路故障，具有抗干扰能力强、功率密度高、无弧分断等优点，是目前普遍认可有效的直流保护装置。近年来，由阻抗源变换器衍生而来的z源固态直流断路器以其优异的性能受到了广泛关注。与搭载igbt、mosfet等全控器件的传统固态直流断路器相比，z源固态直流断路器使用晶闸管作为主开关，具有通态损耗小、耐压耐流能力强、成本低等优点。借助lc谐振阻抗源网络，z源固态直流断路器可实现故障暂态下的自主换流并迅速关断主晶闸管，从而有效抑制短路电流峰值，为后级负载设备提供更好的保护。此外，由于不依赖门极驱动控制来切断故障电流，z源固态直流断路器的驱动电路较全控型固态直流断路器的功率更小、可靠性更高。
2、目前，一些学者开展了基于耦合电感类z源固态直流断路器的建模方法研究，k.patel and n.d.rabara在,"investigation of high voltage circuit breaker bymathematical modelling of arc behaviour,"2020ieee international power andrenewable energy conference,karunagappally,india,2020中提出了基于电弧行为的数学模型来研究断路器，但是缺乏针对断路器建模的系统性整理与普遍性结论
3、本专利技术公开了一种基于晶闸管关断时间的耦合电感类z源固态直流断路器低冗余建模方法，主要解决了z源固态直流断路器模型系统性差、求解复杂、通用性差、关键参数无法量化等局限性，并在此基础上建立了一套系统性的z源固态直流断路器建模方法。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于晶闸管关断时间的耦合电感类z源固态直流断路器低冗余数学建模方法，可以根据晶闸管承受反向偏置电压时间与晶闸管关断时间进行比较，判断断路器是否有效运作，在此基础上反向推导影响晶闸管承受反向偏置电压的因素，从而得出拓扑解析分类的依据，用于断路器系统性建模。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案。z源固态直流断路器通常由直流电源、电感、电容、晶闸管和负载组成，依据电路中电流的流动情况，其工作状态均可分为稳态、换流暂态、谐振状态和续流状态。且可根据谐振状态下电流是否流经直流电源进行分类，若流经直流电源形成有源rlc谐振，定义为电容连接方式一；若不流经直流电源形成无源rlc谐振，定义为电容连接方式二。基于上述分类方式，建立在不同状态下的数学模型，为解析其工作原理及后续系统化建模提供指导。
3、本专利技术所提供的基于晶闸管关断时间的z源固态直流断路器低冗余数学建模方法包括如下步骤：
4、步骤一，忽略电容和电感的寄生参数、晶闸管的压降，根据欧姆定律计算稳态电流。
5、步骤二，对断路器拓扑短路暂态运用kcl分析推导负载端输出电流表达式。
6、步骤三，对晶闸管关断后的电路进行谐振分析。根据拓扑的谐振电路中是否包含电源，本专利技术将电容连接方式定义为2种：若谐振电路中包含电源，则定义为电容连接方式1，进一步地应用有源rlc谐振分析；若谐振电路中不包含电源，则定义为电容连接方式2，进一步地应用无源rlc谐振分析。再根据kvl分析推导电容电压和电流的表达式。
7、步骤四，求解晶闸管两端的电压，晶闸管两端瞬时电压等于电容瞬时电压减去耦合电感副边绕组瞬时电压。根据电势差定义推导晶闸管电压表达式。
8、步骤五，基于晶闸管电压表达式求解电压为0所对应的时刻，即可得出晶闸管承受反向偏置电压的时间。由于基于步骤四得到的方程是基于时间t的超越方程，所以求解时需要进行二阶泰勒展开并得到方程的正根为晶闸管承受反向偏置电压时间。
9、步骤六，对比晶闸管承受反向偏置电压的时间与晶闸管关断时间，若晶闸管承受反向偏置电压的时间大于晶闸管关断时间则实现有效关断；若晶闸管承受反向偏置电压的时间小于晶闸管关断时间则未实现有效关断，则返回步骤二，更改rlc电路参数重新计算。
10、步骤七，假定所设计的断路器需具备n1％的额定电流脉冲处理能力，求解当短路故障电阻为0时电容在谐振状态下输出电流的峰值，基于峰值电流的表达式与输出电流最大变化量得出电容、电感、负载电阻的函数关系式，基于此关系式确定电容的可取参数。
11、本专利技术的有益效果如下：
12、1.传统的z源固态直流断路器数学模型只针对某个或某类拓扑，不具备通用性。
13、2.立足主开关晶闸管关断有效条件，揭示了断路器设计参数与故障保护指标关系。
14、3.聚焦晶闸管关断特性所在时间尺度，设计要求约束下元器件选型自由度。
15、4.对现有拓扑类型，将z源直流断路器工作过程分为四个阶段，并针对短路暂态与谐振状态分类建立相应时域模型，降低了断路器建模的冗余性，具备解算简单、实用性强的特点。
16、上述说明，仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述说明和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，特举较佳实施例，详细说明如下。
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1.一种基于晶闸管关断时间的耦合电感类Z源固态直流断路器低冗余建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于晶闸管关断时间的耦合电感类Z源固态直流断路器低冗余建模方法，其特征在于：所述步骤三中，
3.根据权利要求2所述一种基于晶闸管关断时间的耦合电感类Z源固态直流断路器低冗余建模方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述一种基于晶闸管关断时间的耦合电感类Z源固态直流断路器低冗余建模方法，其特征在于：所述步骤五中，
【技术特征摘要】
1.一种基于晶闸管关断时间的耦合电感类z源固态直流断路器低冗余建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于晶闸管关断时间的耦合电感类z源固态直流断路器低冗余建模方法，其特征在于：所述步骤三中，
<...【专利技术属性】
技术研发人员：周中正，李伟林，濮凡，费玉清，王雨峰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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