一种主从驱动器件串联式直流断路器及其控制方法技术

本发明专利技术一种主从驱动器件串联式直流断路器，属于主从驱动器件串联式直流断路器技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种具有振荡抑制功能的主从式驱动器件串联直流断路器电路结构及其控制方法的改进；解决该技术问题采用的技术方案为：包括主分断模块和功率端振荡抑制模块，直流断路器的正极功率端子P与功率端振荡抑制模块相连，直流断路器的负极功率端子N与主分断模块相连，所述主分断模块内部还设置有驱动端振荡抑制模块，所述功率端振荡抑制模块的输出端并接驱动端振荡抑制模块的驱动端子后与直流断路器的负极功率端子N相连；所述驱动端振荡抑制模块与直流断路器的负极功率端子N之间还设置有至少两个级联器件；本发明专利技术应用于直流断路器。

【技术实现步骤摘要】
一种主从驱动器件串联式直流断路器及其控制方法
本专利技术一种主从驱动器件串联式直流断路器，属于主从驱动器件串联式直流断路器

技术介绍
直流断路器作为交直流输配电系统中过流和短路保护装置，为直流供电系统安全可靠工作提供了保障。不同于交流输电系统自然存在的电流过零点，传统的机械断路器可以在过零点处实现灭弧操作，直流系统不存在自然过零点，这给机械式断路器的灭弧装置设计提出了难题，需要增加了振荡电路制造电流过零点。与机械式断路器相比，采用功率半导体器件的固态直流断路器及机械-固态混合式直流断路器利用功率半导体器件的开关动作分断短路电流，外部避雷器等能量吸收装置吸收短路过程中限流电抗上储存的短路能量，这一优异特性使得直流短路电流得以快速分断，实现直流系统的快速，可靠保护。目前的商用功率半导体器件的耐压较低，难以满足直流输电网的需求，需要采用器件串联的方式以提高断路器的耐压等级。近年来，研究人员提出利用电容耦合原理驱动串联器件以降低驱动控制系统的复杂性，这种拓扑可以利用主动器件的端电压变化对从动器件进行驱动控制，利用补偿电容与缓冲电路实现串联器件的动态电压均衡。固态式直流断路器中，在分断直流短路电流后，断路器的端电压上会出现振荡现象，该振荡现象在电容耦合性串联驱动拓扑中会造成从动器件的驱动信号发生振荡，导致从动器件导通，串联器件的动态电压不均衡。为了解决耦合式串联驱动拓扑在断路器应用中的振荡问题，有必要提出一种可靠性高，成本低的包含振荡抑制功能的主从式驱动器件串联直流断路器拓扑结构。专利
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种具有振荡抑制功能的主从式驱动器件串联直流断路器电路结构及其控制方法的改进。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种主从驱动器件串联式直流断路器，包括主分断模块和功率端振荡抑制模块，直流断路器的正极功率端子P与功率端振荡抑制模块相连，直流断路器的负极功率端子N与主分断模块相连，所述主分断模块内部还设置有驱动端振荡抑制模块，所述功率端振荡抑制模块的输出端并接驱动端振荡抑制模块的驱动端子后与直流断路器的负极功率端子N相连；所述驱动端振荡抑制模块与直流断路器的负极功率端子N之间还设置有至少两个级联器件。所述级联器件具体为两个串联的功率半导体器件：主动器件M1和从动器件M2，作为断路器的短路电流分断元件，其中从动器件M2的驱动端与驱动端振荡抑制模块的驱动端子相连；所述主动器件M1和从动器件M2的控制端通过导线与控制器相连，控制信号由控制器提供，根据所用器件的不同调整驱动电压的正负电平幅值，由单个控制信号实现两个串联器件的驱动控制。所述驱动端振荡抑制模块具体为由稳压二极管Zd，阻尼电阻Rg，阻尼电容Cd组成的π型网络电路；所述驱动端振荡抑制模块的驱动端子分别为G1、G2，所述驱动端振荡抑制模块的源极端子分别为S1、S2，所述驱动端振荡抑制模块的电路结构为：所述驱动端子G1通过导线并接稳压二极管Zd的负极后与阻尼电阻Rg的一端相连，所述阻尼电阻Rg的另一端并接阻尼电容Cd的一端后与驱动端子G2相连，所述源极端子S1的通过导线依次并接稳压二极管Zd的正极、阻尼电容Cd的另一端后与源极端子S2相连。所述功率端振荡抑制模块具体为由高压二极管Df、阻尼电阻Rd组成的网络电路；所述功率端振荡抑制模块的正极端子为P1、负极端子为N1，所述功率端振荡抑制模块的电路结构为：所述高压二极管Df的正极并接阻尼电阻Rd的一端后与正极端子P1相连，所述高压二极管Df的负极并接阻尼电阻Rd的另一端后与负极端子N1相连。所述主分断模块的电路结构为：所述负极端子N1分别并接二极管Ds2的正极，电阻Rs2的一端，从动器件M2的漏极，电阻R2的一端，可调电阻Var2的一端后与电容C2的一端相连，所述二极管Ds2的负极并接电阻Rs2的负极后与电容Cs2的一端相连，所述电容Cs2的另一端分别并接从动器件M2的源极、二极管Ds1的正极、电阻Rs1的一端后与主动器件M1的漏极相连，所述二极管Ds1的负极并接电阻Rs1的另一端后与电容Cs1的一端相连，所述电容Cs1的另一端分别并接主动器件M1的源极、电阻R1的一端、电容C1的一端、可调电阻Var1的一端、电容C2的另一端后与直流断路器的负极功率端子N相连；所述驱动端振荡抑制模块的驱动端子G2与从动器件M2的驱动端子相连；所述驱动端振荡抑制模块的源极端子S2与从动器件M2的源极相连；所述驱动端振荡抑制模块的驱动端子G1分别并接电阻R1的另一端、电容C1的另一端、可调电阻Var1的另一端后与二极管D1的负极相连；所述二极管D1的正极与主动器件M1的驱动端子相连；所述驱动端振荡抑制模块的源极端子S1并接电阻R2的另一端后与可调电阻Var2的另一端相连。一种主从驱动器件串联式直流断路器控制方法，包括如下步骤：步骤一：当线路或设备处于正常工作状态时，控制单元发出高电平信号控制主分断模块中的两个串联级联器件保持导通，负载电流流过功率端振荡抑制模块中的二极管及主分断模块中的两个串联级联器件的导通沟道；步骤二：当系统检测到短路故障发生后，主分断模块中的控制端子两端的驱动电平由高变低，主分断模块随后执行短路电流分断操作；步骤三：当短路能量完全被吸收后，两个串联级联器件均处于断开状态，断路器处于断开状态；步骤四：当故障解除后，主分断模块中的控制端子两端的驱动电平由低变高，控制主动器件M1开通，从动器件M2通过电容耦合原理控制进入导通状态，负载电流流过功率端振荡抑制模块中的二极管及主分断模块中的两个串联级联器件的导通沟道，此时直流断路器处于承载正常负载电流流通状态。本专利技术相对于现有技术具备的有益效果为：本专利技术提供一种具有振荡抑制功能的主从式驱动器件串联直流断路器，主要由两个功率半导体器件串联作为短路电流的主分断元件对短路电流进行分断操作，两个功率半导体器件和若干外围电阻、电容无源元件，二极管元件构成主分断模块，该单元内两个串联功率器件采用主从驱动型控制电路，只需要单个独立的外部驱动即可实现串联器件驱动及电压均衡控制功能；本专利技术设置的主分断模块包含驱动振荡抑制电路单元，将驱动振荡抑制单元与功率端振荡抑制模块共同作用，可以避免在短路电流分断阶段电路振荡现象对主从驱动控制的影响，防止从动器件误导通，进而造成串联器件电压不均衡及端电压的振荡；本专利技术提供的直流断路器拓扑结构中，主分断模块中的功率器件由MOSFET或者IGBT实现，只需控制单元提供一对驱动信号即可实现两个级联器件的控制。本专利技术提供的断路器拓扑结构简单，只需少量无源元件即可实现串联器件的主从式驱动控制，控制方案大大降低，同时功率端及控制端振荡抑制单元共同作用抑制了主从式驱动在分断短路电流后的振荡现象，在不影响断路器分断短路电流能力的前提下提升不同电压，电流等级下短路电流分断过程中的电路稳定性，为直流系统保护提供了简单可靠的解决方案。...

【技术保护点】
1.一种主从驱动器件串联式直流断路器，包括主分断模块（1）和功率端振荡抑制模块（2），其特征在于：直流断路器的正极功率端子P与功率端振荡抑制模块（2）相连，直流断路器的负极功率端子N与主分断模块（1）相连，所述主分断模块（1）内部还设置有驱动端振荡抑制模块（3），所述功率端振荡抑制模块（2）的输出端并接驱动端振荡抑制模块（3）的驱动端子后与直流断路器的负极功率端子N相连；/n所述驱动端振荡抑制模块（3）与直流断路器的负极功率端子N之间还设置有至少两个级联器件（4）。/n

【技术特征摘要】
1.一种主从驱动器件串联式直流断路器，包括主分断模块（1）和功率端振荡抑制模块（2），其特征在于：直流断路器的正极功率端子P与功率端振荡抑制模块（2）相连，直流断路器的负极功率端子N与主分断模块（1）相连，所述主分断模块（1）内部还设置有驱动端振荡抑制模块（3），所述功率端振荡抑制模块（2）的输出端并接驱动端振荡抑制模块（3）的驱动端子后与直流断路器的负极功率端子N相连；
所述驱动端振荡抑制模块（3）与直流断路器的负极功率端子N之间还设置有至少两个级联器件（4）。


2.根据权利要求1所述的一种主从驱动器件串联式直流断路器，其特征在于：所述级联器件（4）具体为两个串联的功率半导体器件：主动器件M1和从动器件M2，作为断路器的短路电流分断元件，其中从动器件M2的驱动端与驱动端振荡抑制模块（3）的驱动端子相连；
所述主动器件M1和从动器件M2的控制端通过导线与控制器相连，控制信号由控制器提供，根据所用器件的不同调整驱动电压的正负电平幅值，由单个控制信号实现两个串联器件的驱动控制。


3.根据权利要求2所述的一种主从驱动器件串联式直流断路器，其特征在于：所述驱动端振荡抑制模块（3）具体为由稳压二极管Zd，阻尼电阻Rg，阻尼电容Cd组成的π型网络电路；
所述驱动端振荡抑制模块（3）的驱动端子分别为G1、G2，所述驱动端振荡抑制模块（3）的源极端子分别为S1、S2，所述驱动端振荡抑制模块（3）的电路结构为：
所述驱动端子G1通过导线并接稳压二极管Zd的负极后与阻尼电阻Rg的一端相连，所述阻尼电阻Rg的另一端并接阻尼电容Cd的一端后与驱动端子G2相连，所述源极端子S1的通过导线依次并接稳压二极管Zd的正极、阻尼电容Cd的另一端后与源极端子S2相连。


4.根据权利要求3所述的一种主从驱动器件串联式直流断路器，其特征在于：所述功率端振荡抑制模块（2）具体为由高压二极管Df、阻尼电阻Rd组成的网络电路；
所述功率端振荡抑制模块（2）的正极端子为P1、负极端子为N1，所述功率端振荡抑制模块（2）的电路结构为：
所述高压二极管Df的正极并接阻尼电阻Rd的一端后与正极端子P1相连，所述高压二极管Df的负极并接阻尼电阻Rd的另一端后与负极端子N1相连。

【专利技术属性】
技术研发人员：任宇，韩肖清，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14