一種雙側自供電的雙向直流固態斷路器制造技術

一種雙側自供電的雙向直流固態斷路器包括雙向固態開關、DC/DC轉換器和能量吸收回路，能量回收電路包括電容C、壓敏電阻MOV、二極管D1、D2以及接地電阻R；雙向固態開關的SiC功率開關管J1的源極接于電源側，SiC功率開關管J2的源極經過檢測單元后接于線路側；電容C的一端與SiC功率開關管J1、J2的漏極連接，另一端下拉接地電阻R；壓敏電阻MOV與電容C并聯；二極管D1、D2采用共陽極的方式反串聯，二極管D1、D2的陰極分別與SiC功率開關管J1、J2的源極連接；DC/DC轉換器的輸入端與電容C的兩端連接，DC/DC轉換器將電容C上的電壓通過降壓隔離后為檢測單元、控制單元和驅動單元供電；驅動單元控制SiC功率開關管J1、J2的關斷。本發明專利技術能實現雙側靈活取電且不間斷自供電。側靈活取電且不間斷自供電。側靈活取電且不間斷自供電。

【技術實現步驟摘要】
一種雙側自供電的雙向直流固態斷路器


[0001]本專利技術涉及直流配電系統保護
，尤其指一種雙側自供電的雙向直流固態斷路器。

技術介紹

[0002]隨著風力發電、光伏發電等新能源發電技術的發展，在未來的電網中，將會大量應用分布式能源。在過去幾十年的發展中，直流電網因為風力發電、光伏發電、混合儲能、電動汽車、直流家用電器等技術的發展，受到工業界和學術界的廣泛關注。與交流電網相比，直流電網具有效率高、無功功率損耗小等優點，擁有更高的電能質量，更容易集成直流電源，無需用同步等一系列優點。但是由于直流電網系統阻抗較低且轉動慣量小，發生短路故障時故障電流上升速度快、幅值大等特點，若使用機械開關切斷故障電流則會在切斷瞬間產生高壓大電弧，嚴重時會燒毀用電設備，且機械開關分段速度較慢，而快速無弧關斷的直流固態斷路器較好的解決了以上問題，繼而成為了當前的研究熱點。但是由于各種分布式發電的接入，使得直流系統從單端供電系統轉變為雙端或多端供電系統，系統中功率傳輸特性也隨著發生改變，由單端系統中的單向傳輸轉變為雙端或多端系統中的雙向流動，然而由于構成直流固態斷路器主功率開關的功率半導體單向關斷的特性，無法實現雙向分斷的功能，進而產生了對雙向直流固態斷路器(Bidirectional Solid State Circuit Breaker,BSSCB)的需求。
[0003]目前，已開發的BSSCB絕大部分無法簡單地直接放置于線路中進行使用，都需要額外的供電電源或輔助供電線路進行供能，雖然有少部分BSSCB實現了自供電，但是仍存在諸多不足之處，其自取電方案大致分為以下三種，如圖1所示。圖1(a)和1(b)所展示的自供電方法是簡單地從BSSCB的一側獲取供能，但是相應側如果發生短路故障，則會嚴重影響到供電穩定性，甚至出現供能失效的情況。當采用如圖1(c)所示的取電方式時，利用超額的故障電流在BSSCB功率開關器件上的壓降作為啟動電壓啟動斷路器的控制單元從而切斷故障電流，這種取電方式簡便易行，而且BSSCB正常工作時輔助單元不產生任何損耗。但是這種取電方式導致BSSCB無法實現正常狀態下的開斷功能和實時監測功能，而且其關斷的觸發條件由功率開關器件的內阻以及控制功率開關器件關斷的芯片的啟動電壓決定，就導致其無法根據應用場景需求靈活設置短路閾值電流，存在較大局限性。

技術實現思路

[0004]本專利技術所要解決的技術問題是提供一種能實現雙側靈活取電且不間斷自供電的雙向直流固態斷路器。
[0005]為了解決上述技術問題，本專利技術采用如下技術方法：一種雙側自供電的雙向直流固態斷路器，包括雙向固態開關、檢測單元、控制單元和驅動單元，所述雙向固態開關由共漏極的SiC功率開關管J1、J2反串聯構成；還包括DC/DC轉換器和能量吸收回路，所述能量回收電路包括電容C、壓敏電阻MOV、二極管D1、D2以及接地電阻R；
[0006]所述SiC功率開關管J1的源極接于電源側，電源側接有電壓源V1，SiC功率開關管J2的源極經過檢測單元后接于線路側，線路側接有電壓源V2；所述電容C的一端與SiC功率開關管J1、J2的漏極連接，另一端下拉接地電阻R；所述壓敏電阻MOV與電容C并聯；所述二極管D1、D2采用共陽極的方式反串聯，二極管D1、D2的陰極分別與SiC功率開關管J1、J2的源極連接；所述DC/DC轉換器的輸入端與電容C的兩端連接，DC/DC轉換器將電容C上的電壓通過降壓隔離后為檢測單元、控制單元和驅動單元供電；所述檢測單元的輸出端與控制單元的輸入端連接，所述控制單元的輸出端與驅動單元的輸入端連接，所述驅動單元的輸出端與SiC功率開關管J1、J2的柵極連接。
[0007]優選地，所述接地電阻R的取值約束為：
[0008][0009][0010]式中，V
clamp
為壓敏電阻MOV的鉗位電壓；V
DS
?
max
為SiC功率開關管J1、J2漏源極擊穿電壓；V
in
?
max
為DC/DC變換器最大安全輸入電壓；V
DC
為電源電壓；ΔI
max
為雙向直流固態斷路器兩側故障電流所允許最大差值。
[0011]優選地，所述電容C的取值約束為：
[0012][0013]式中，I
th
為短路電流設定閾值；L
L
為線路電感；V
in
?
min
為DC/DC變換器最小安全輸入電壓。
[0014]進一步地，該雙向直流固態斷路器還包括通訊單元，所述通訊單元與控制單元連接，所述通訊單元由DC/DC轉換器供電。
[0015]優選地，所述SiC功率開關管J1、J2采用SiC JFET型開關管。
[0016]優選地，選用TVS瞬變電壓抑制器或GDT陶瓷氣體放電管替換所述壓敏電阻MOV。
[0017]本專利技術提供的雙側自供電的雙向直流固態斷路器，在無需額外輔助電源設備或輔助供電線路的情況下，可以實現雙側自供電，并不間斷自供電。相較于傳統的BSSCB在其一側取電實現自供電的方式，本專利技術從BSSCB的兩側均能取電，避免了由于故障發生在自取電一側時可能帶來的供能失效問題，提升了BSSCB穩定運行、可靠故障隔離的能力；另外，傳統的BSSCB取電于斷路器壓降的方法，在隔離故障后或在未發生故障前都是處于無供電狀態，而本專利技術能夠支撐BSSCB的不間斷供電，以保證BSSCB除實現故障隔離外，還兼具即時分斷，實時監測與系統通訊功能。
附圖說明
[0018]圖1是現有的BSSCB自供電方式示意圖；
[0019]圖2是本專利技術提供的BSSCB雙側靈活取電方式示意圖；
[0020]圖3是本專利技術提供的雙側自供電的雙向直流固態斷路器圖；
[0021]圖4是本專利技術實施方式中線路側短路故障簡化模型示意圖；
[0022]圖5是本專利技術實施方式中BSSCB線路側故障響應波形圖；
[0023]圖6是本專利技術實施方式中線路側短路故障隔離全過程示意圖；
[0024]圖7是本專利技術實施方式中電源側短路故障簡化模型示意圖；
[0025]圖8是本專利技術實施方式中BSSCB電源側故障響應波形圖；
[0026]圖9是本專利技術實施方式中電源側短路故障隔離全過程示意圖；
[0027]圖10是本專利技術實施方式中實驗平臺拓撲圖；
[0028]圖11是本專利技術實施方式中實驗結果波形圖。
具體實施方式
[0029]為了便于本領域技術人員的理解，下面結合實施例與附圖對本專利技術作進一步的說明，實施方式提及的內容并非對本專利技術的限定。
[0030]如
技術介紹
中所述，在雙端或多端直流系統的應用場合中，BSSCB自供電采取僅取電于斷路器的一側或取電于斷路器壓降的方法存在顯著缺點與限制，為此，本專利技術提出一種能夠在BSSCB兩側靈活取電的自供電拓撲結構，如圖2所示，無論短路故障發生在BSSCB任何一側，它都能夠從正常運行的一側獲本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種雙側自供電的雙向直流固態斷路器，包括雙向固態開關、檢測單元、控制單元和驅動單元，所述雙向固態開關由共漏極的SiC功率開關管J1、J2反串聯構成，其特征在于：還包括DC/DC轉換器和能量吸收回路，所述能量回收電路包括電容C、壓敏電阻MOV、二極管D1、D2以及接地電阻R；所述SiC功率開關管J1的源極接于電源側，電源側接有電壓源V1，SiC功率開關管J2的源極經過檢測單元后接于線路側，線路側接有電壓源V2；所述電容C的一端與SiC功率開關管J1、J2的漏極連接，另一端下拉接地電阻R；所述壓敏電阻MOV與電容C并聯；所述二極管D1、D2采用共陽極的方式反串聯，二極管D1、D2的陰極分別與SiC功率開關管J1、J2的源極連接；所述DC/DC轉換器的輸入端與電容C的兩端連接，DC/DC轉換器將電容C上的電壓通過降壓隔離后為檢測單元、控制單元和驅動單元供電；所述檢測單元的輸出端與控制單元的輸入端連接，所述控制單元的輸出端與驅動單元的輸入端連接，所述驅動單元的輸出端與SiC功率開關管J1、J2的柵極連接。2.根據權利要求1所述的雙側自供電的雙向直流固態斷路器，其特征在于：所述接地電阻R的取值約束為：阻R的取值約束為：式中，V
clamp
為壓敏電阻MOV的鉗位電壓；...

【專利技術屬性】
技術研發人員：帥智康，陳代鑫，王偉，李楊，黃文，周韜，郭修遠，
申請(專利權)人：湖南大學，
類型：發明
國別省市：