一种双向直流固态断路器制造技术

本发明专利技术提供一种双向直流固态断路器，包括前端口、开关管T1、开关管T2、二极管D1、二极管D2、限流电感L、后端口、系统控制器，所述开关管T1、二极管D1串联形成支路A，开关管T2、二极管D2串联形成支路B，支路A与支路B反向并联后的两端分别连接至前端口与后端口，并与所述限流电感L串联，支路A与支路B反向并联后还串接有分流器；所述系统控制器用于采集分流器两端的电压、限流电感L两端的电压，并控制开关管T1、开关管T2的关断状态。用于实现快速检测故障，并迅速地断开开关管以保护后端的设备。

【技术实现步骤摘要】
一种双向直流固态断路器
本专利技术涉及电气保护领域，特别涉及一种双向直流固态断路器。
技术介绍
断路器用于当设备出现短路或故障引起电流急剧上升时，瞬速断开以实时保护后端的设备，其作为输电线路中一个重要的环节，能直接影响着电网的正常运行。当前，断路器分机械式断路器和采用功率半导体器件作为主开关的双向直流固态断路器两种。对于机械式断路器，尽管它有导通稳定、带负载能力强等优点，但随着用户对电力质量要求的提高，它的缺点也越来越突出，例如：(1)因不能实时、灵活、连续和快速地动作，机械式断路器易使事故扩大，破坏系统稳定性；(2)机械式断路器在断开负载时往往有电弧产生，导致其触头易烧损，并且，机械式断路器的开断时间长，难以满足一些情况下对故障电流开断的速动性要求；(3)机械式断路器在运行过程中有噪声，机械、电气寿命受到限制。而对于双向直流固态断路器，其与交流断路器的工作过程有很大不同，主要原因是直流电流没有过零点，给关断工作造成很大的困难，而且直流系统若发生故障，故障电流的上升速率远比交流系统的大，所以，需要在双向直流固态断路器的主回路中增加限流电感，以限制电流上升率，给双向直流固态断路器的电流检测和可靠关断留出时间。如图1所示，为一反并联直流双向固态断路器拓扑结构。当开关管T1导通时，电流从前端口1开始，经霍尔电流检测传感器Am，再经开关管T1和二极管D1，然后经过电感L1到后端口2。上述中，电感L1在起限流作用，阻止电流上升太快。这样，控制系统就有时间通过霍尔电流传感器Am来检测出当前电流、相邻两次电流之间的采样差值及间隔时间，然后据此计算电流变换率(di/dt)来控制双向直流固态断路器进行关断。但是，在实际中发现，为了判断电流变换率的大小，需要进行连续两次或以上的AD采样，而且还要记录相邻两次采样间隔的时间长短，才能计算出电流的变换率，但常规的霍尔电流传感器的频带宽度较小，一般在100kHz以下，即便按100kHz计算，传感器的转换时间也要10us，换言之，使用常规的霍尔电流传感器无法实时检测到故障，因此不能有效的保护好设备，而倘若使用频带宽度在100kHz以上的电流传感器，则成本会变得非常昂贵，并且也会有转换延时。有基于此，需要针对直流固态断路器，研发一种无需霍尔电流传感器的电流变化检测方法。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种生产成本低的双向直流固态断路器，用于实现快速检测故障，并迅速地断开开关管以保护后端的设备。为此，提供一种双向直流固态断路器，包括前端口、开关管T1、开关管T2、二极管D1、二极管D2、限流电感L、后端口、系统控制器，所述开关管T1、二极管D1串联形成支路A，开关管T2、二极管D2串联形成支路B，支路A与支路B反向并联后的两端分别连接至前端口与后端口，并与所述限流电感L串联，支路A与支路B反向并联后还串接有分流器；所述系统控制器用于采集分流器两端的电压、限流电感L两端的电压，并控制开关管T1、开关管T2的关断状态。进一步地，还包括第二差分放大器，所述分流器的两端分别与第二差分放大器的正向输入端、反向输入端连接，分流器两端的电压经第二差分放大器的输出端传输至系统控制器的ADC接口。进一步地，还包括第一差分放大器，所述限流电感L的两端分别与第一差分放大器的正向输入端、反向输入端连接，限流电感L两端的电压经第一差分放大器的输出端传输至系统控制器的ADC接口。进一步地，支路A与支路B反向并联后形成位于两端的接点，其中一端接点经分流器串联至前端口，另一端接点经限流电感L串联至后端口。进一步地，所述第二差分放大器、第一差分放大器、系统控制器集成在PCB板上。进一步地，还包括计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该程序被系统控制器执行时周期性运行如下步骤：步骤A.预先存储电压设定值、电流变换率设定值；步骤B.采集分流器两端的电压以求取通过分流器的电流值；步骤C.比较通过分流器的电流值与电流设定值，根据比较结果控制开关管T1和开关管T2的关断状态；步骤D.采集限流电感两端的电压以求取电流变换率；步骤E.比较电流变换率与电流变换率设定值，根据比较结果控制开关管T1和开关管T2的关断状态。进一步地，步骤B进一步包括：用分流器两端的电压来除以分流器的电阻值，以求取流经分流器的电流值。进一步地，步骤C进一步包括：当求取的电流值大于电流设定值时，断开开关管T1和开关管T2，否则不动作。进一步地，将限流电感L两端的电压代入算法di/dt＝U/H中以求取所述电流变换率，所述U为限流电感两端的电压值，H为限流电感L的电感值。进一步地，步骤E进一步包括：若所述电流变换率大于电流变换率设定值，则断开开关管T1和开关管T2，否则不动作。有益效果：(1)由于没有使用霍尔电流传感器，而是以现有的分流器代替，因此不需要更改双向直流固态断路器中的其他器件，巧妙达到减少生产成本的目的；(2)不管是电压的检测，还是电流变换率的检测，均没有经过光耦或其它等隔离方式隔离，而是直接进入系统控制器进行处理，因此断路器可以实现快速检测故障，提高断路器断开开关管的速度，而双向直流固态断路器的断开时间哪怕是缩短一个微秒，都是一个质的技术飞跃。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的技术手段，而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和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1是现有的反并联直流双向固态断路器的拓扑图；图2是本专利技术双向直流固态断路器的拓扑图；图3为本专利技术的电子设备的结构示意图；图4为本专利技术的计算机可读存储介质的结构示意图。附图标记说明：1-前端口；2-后端口；3-分流器；4-第一差分放大器；5-第二差分放大器；Am-霍尔电流检测传感器；L-限流电感；T1-开关管；T2-开关管；D1-二极管；D2-二极管；21-处理器；22-存储器；23-存储空间；24-程序代码；31-存储介质程序代码。具体实施方式结合以下实施例对本专利技术作进一步描述。见图2，本实施例对现有的反并联双向直流固态断路器进行了改进，将原霍尔电流检测传感器Am替换为分流器3，进而得到本实施例的双向直流固态断路器，具体地，所述双向直流固态断路器包括前端口1、分流器3、开关管T1、开关管T2、二极管D1、二极管D2、限流电感L、后端口2，其中，开关管T1、二极管D1串联形成支路A，开关管T2、二极管D2串联形成支路B，支路A与支路B反向并联后，其一端接点经分流器3串联至前端口1，另一端接点经限流电感L串联至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向直流固态断路器，包括前端口、开关管T1、开关管T2、二极管D1、二极管D2、限流电感L、后端口、系统控制器，所述开关管T1、二极管D1串联形成支路A，开关管T2、二极管D2串联形成支路B，支路A与支路B反向并联后的两端分别连接至前端口与后端口，并与所述限流电感L串联，其特征在于：/n支路A与支路B反向并联后还串接有分流器；/n所述系统控制器用于采集分流器两端的电压、限流电感L两端的电压，并控制开关管T1、开关管T2的关断状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种双向直流固态断路器，包括前端口、开关管T1、开关管T2、二极管D1、二极管D2、限流电感L、后端口、系统控制器，所述开关管T1、二极管D1串联形成支路A，开关管T2、二极管D2串联形成支路B，支路A与支路B反向并联后的两端分别连接至前端口与后端口，并与所述限流电感L串联，其特征在于：
支路A与支路B反向并联后还串接有分流器；
所述系统控制器用于采集分流器两端的电压、限流电感L两端的电压，并控制开关管T1、开关管T2的关断状态。


2.根据权利要求1所述的双向直流固态断路器，其特征在于：还包括第二差分放大器，所述分流器的两端分别与第二差分放大器的正向输入端、反向输入端连接，分流器两端的电压经第二差分放大器的输出端传输至系统控制器的ADC接口。


3.根据权利要求1或2所述的双向直流固态断路器，其特征在于：还包括第一差分放大器，所述限流电感L的两端分别与第一差分放大器的正向输入端、反向输入端连接，限流电感L两端的电压经第一差分放大器的输出端传输至系统控制器的ADC接口。


4.根据权利要求1所述的双向直流固态断路器，其特征在于：支路A与支路B反向并联后形成位于两端的接点，其中一端接点经分流器串联至前端口，另一端接点经限流电感L串联至后端口。


5.根据权利要求1所述的双向直流固态断路器，其特征在于：所述第二差分放大器、第一差分放大器、系统控制器集成在PCB板上。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李稳根，廖晓斌，
申请(专利权)人：广东福德电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44