直流网络的固态保护制造技术

公开了故障保护系统、方法、技术和装置。一个示例性实施例是一种保护系统，包括固态开关设备、电流隔离开关设备和控制器。固态开关设备耦合在功率转换器的开关装置与功率转换器的直流(DC)链路电容器之间。电流隔离开关设备耦合在所述DC链路电容器与DC网络之间。控制器被构造为确定DC网络内正在发生故障，响应于确定故障正在发生，断开固态开关设备；在固态开关设备断开的状态下，接收与流过电流隔离开关设备的故障电流的电气特性相对应的测量；以及基于所接收的测量来确定故障的位置。基于所接收的测量来确定故障的位置。基于所接收的测量来确定故障的位置。

【技术实现步骤摘要】
直流网络的固态保护

技术介绍

[0001]本公开一般涉及故障保护。直流(DC)配电系统包括通过DC配电线互连的功率转换器，还包括用于检测和隔离故障(诸如短路故障)的保护系统。这些保护系统可以放置在每个功率转换器附近和整个DC配电系统的DC配电线上。响应于检测到的DC配电线上的故障，位于功率转换器旁边的保护系统会将功率转换器与DC配电线隔离，直到故障被隔离。用于DC配电系统的现有保护系统具有若干个缺陷和缺点。需求仍未满足，这些需求包括降低保护系统硬件要求、降低故障电流中断应力、以及提高故障定位精度。比如，传统保护系统必须中断高幅度故障电流以隔离所检测的故障。更进一步地，传统保护系统仅使用在故障开始与故障隔离之间所进行的一小组测量来确定故障位置。鉴于本领域中的这些和其他缺陷，迫切需要本文中所公开的装置、方法、系统和技术。

技术实现思路

[0002]现在，为了清楚、简明和准确地描述本公开的非限制性示例性实施例、其制作和使用方式和过程并且为了使得能够实践、制作和使用它们，参考某些示例性实施例，这些示例性实施例包括图中所示的示例性实施例，并且使用特定语言来描述这些示例性实施例。然而，应当理解，本公开的范围并未因此而产生限制，并且本公开包括并保护受益于本公开的本领域技术人员能够想到的示例性实施例的这种变更、修改和其应用。
[0003]本公开的示例性实施例包括用于故障保护系统的系统、方法、技术和装置。本公开的其他实施例、形式、目的、特征、优点、方面和益处根据以下描述和附图变得显而易见。
附图说明
[0004]图1图示了示例性DC配电系统。
[0005]图2是图示了用于响应于DC故障的示例性过程的流程图。
[0006]图3是图示了在示例性保护系统响应于DC故障状态下图1的DC配电系统的电气特性的一组图。
[0007]图4图示了另一示例性DC配电系统。
[0008]图5A至图5B图示了示例性功率转换器。
具体实施方式
[0009]参考图1，图示了示例性直流(DC)配电系统100。应当领会，系统100可以在多种应用中实现，这些应用包括公用电网、车辆功率系统、船舶功率系统、多驱动功率系统、DC充电系统、高压功率系统、中压功率系统和低压功率系统，仅举几个示例。
[0010]DC配电系统100包括双向功率转换器110，该双向功率转换器110被构造为转换在交流(AC)网络101与DC网络130之间传送的功率。功率转换器110包括开关装置111和DC链路电容器114。
[0011]开关装置111包括多个半导体器件112a
‑
f，该多个半导体器件112a
‑
f布置在跨DC
总线113耦合的三个支路上。第一支路包括在中点连接处串联耦合的半导体器件112a和112b。第二支路包括在中点连接处串联耦合的半导体器件112c和112d。第三支路包括在中点连接处串联耦合的半导体器件112e和112f。在所图示的实施例中，半导体器件112a
‑
f是以反并联形式与续流二极管耦合的绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在其他实施例中，开关装置111包括双极结型晶体管(BJT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、栅极关断晶闸管(GTO)、MOS控制晶闸管(MCT)、集成栅极换向晶闸管(IGCT)、碳化硅(SiC)开关设备、氮化镓(GaN)开关设备或任何其他类型的开关设备，这些其他类型的开关设备被构造为选择性地控制电流的流动。
[0012]在所图示的实施例中，AC网络101包括三个相位，每个相位耦合到开关装置111的三个支路的一个中点连接。在其他实施例中，开关装置111可以适于耦合到具有不同数目的相位的AC网络，或可以适于耦合到第二DC网络。在某些实施例中，AC网络101是发电设备，诸如风力涡轮机或天然气发电机，仅举几个示例。
[0013]开关装置111可以由控制器127或由单独控制器控制。开关装置111可以被构造为单向或双向传输功率。例如，开关装置111可以被构造为从AC网络101接收AC功率，将所接收的功率转换为DC功率，并且将DC功率输出到DC网络130。开关装置111还可以被构造为从DC网络接收DC功率130，将所接收的功率转换为AC功率，并且将AC功率输出到AC网络101。在其他实施例中，开关装置111可以组织为另一拓扑结构，诸如多电平转换器、DC/DC降压转换器、DC/DC升压转换器、或具有更多或更少个相位支路的拓扑结构，仅举几个示例。应当理解，开关装置111可以是任何拓扑结构并且具有被构造为从DC网络130接收DC功率或向DC网络130提供DC功率的部件。
[0014]DC链路电容器114被构造为减少在开关装置111与DC网络130之间传输的瞬变，或平滑DC功率。DC链路电容器114还被构造为在DC配电系统100的操作期间存储能量。在操作系统100期间，跨DC链路电容器114存在电容器电压V
C
并且电流I
C
流经DC链路电容器114。在某些实施例中，DC链路电容器114被构造为铝电解电容器、膜电容器或其组合，仅举几个示例。在某些实施例中，DC链路电容器114是多个电容器。
[0015]DC网络130包括DC配电线131和133。在所图示的实施例中，短路故障135正在跨越DC配电线131和133发生在DC网络130上。DC配电线131和133位于故障135与保护系统120之间的部分具有线电感137。
[0016]值得一提重要的是，在DC故障期间，故障电流流过电流路径103，该电流路径103包括电容器114、电流隔离开关设备123、以及具有线电感137的线131和133的部分，使得线电流I
L
可等于电容器电流I
C
。在固态开关设备121被断开以将功率转换器110与故障135隔离的状态下，在电容器114完全放电之后，故障电流135不从电流路径103换向到包括开关装置111的二极管的第二电流路径105。
[0017]保护系统120被构造为将转换器110与DC网络130上的故障135隔离。在某些实施例中，保护系统120或其一部分并入转换器110的外壳中。在某些实施例中，保护系统120或其一部分可以是被构造为耦合到转换器110的改装套件。
[0018]保护系统120包括固态开关设备121、电流隔离开关设备123、测量设备125、以及包括通信端口129的控制器127。固态开关设备121在开关装置111与DC链路电容器114之间耦合到DC总线113。固态开关设备121被构造为选择性地阻止电流在开关装置111与DC链路电
容器114之间流动。固态开关设备121可以包括任何类型的半导体开关。应当领会，所图示的固态开关设备没有与诸如金属氧化物变阻器(MOV)之类的能量分散设备并联耦合。由于保护系统120被布置为使得固态开关设备121仅在不传导故障电流的状态下断开，并且仅在传导低电流(诸如幅度小于故障电流的电流、幅度小于标称电流幅度的电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种保护系统，包括：固态开关设备，耦合在功率转换器的开关装置与所述功率转换器的直流(DC)链路电容器之间，所述开关装置被构造为转换在DC网络与第二网络之间传输的功率；电流隔离开关设备，耦合在所述DC链路电容器与所述DC网络之间；以及控制器，被构造为：确定所述DC网络内正在发生故障；响应于确定所述故障正在发生，断开所述固态开关设备；在所述固态开关设备断开的状态下，接收与流过所述电流隔离开关设备的故障电流的电气特性相对应的测量；以及基于所接收的测量来确定所述故障的位置。2.根据权利要求1所述的保护系统，其中所述控制器被构造为在所述故障电流在包括所述DC链路电容器但不包括所述固态开关设备的电流路径中传导的状态下，断开所述固态开关设备。3.根据权利要求2所述的保护系统，其中所述控制器被构造为响应于所述故障电流的幅度减小到零，断开所述电流隔离开关设备。4.根据权利要求3所述的保护系统，其中所述控制器被构造为：响应于确定所述故障已经从所述DC网络中移除，闭合所述固态开关设备；以及响应于确定所述开关装置已经为所述DC链路电容器充电，而闭合所述电流隔离开关设备。5.根据权利要求1所述的保护系统，其中所述控制器被构造为：在所述固态开关设备不传导所述故障电流的状态下，响应于确定故障正在发生，而断开所述固态开关设备。6.根据权利要求1所述的保护系统，其中所述故障电流是从所述DC链路电容器流向所述故障的放电电流。7.根据权利要求1所述的保护系统，其中所述控制器被构造为：响应于确定在所述开关装置内发生第二故障，断开所述固态开关设备。8.根据权利要求1所述的保护系统，其中确定所述故障位置包括：将基于所接收的测量的信息传输到中央控制系统，并且其中所述中央控制系统基于从包括所述保护系统的多个保护系统接收的信息的聚合来确定所述故障位置。9.一种用于保护直流(DC)配电系统的方法，包括：操作功率转换器，所述功率转换器包括开关装置和DC链路电容器；操作保护系统，所述保护系统包括固态开关设备和电流隔离开关设备，所述固态开关设备耦合在所述功率转换器的所述开关装置和所述DC链路电容器之间，所述电流隔离开关设备耦合在所述DC链路电容器与DC网络之间，所述开关装置被构造为转换在所述DC网络与第二网络之间传输的功率；确定故障正在发生；响应于确定所述故障正在发生，断开所述固态开关设备；在所述固态开关设备断开的状态下，接收与流过所述电流隔离开关设备的故障电流的电气特性相对应的测量；以及基于所接收的测量来确定所述故障的位置。10.根据权利要求9所述的方法，包括：响应于所述故障电流的幅度减小到...

【专利技术属性】
技术研发人员：亓丽，彼得，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：