一种高压双向直流固态断路器制造技术

本实用新型专利技术属于电力高压大容量直流断路器技术领域，尤其涉及一种高压双向直流固态断路器。本实用新型专利技术由直流电压源与连接点A、第二二极管依次相连；第二二极管另一端与双绕组耦合变压器、连接点B及第三二极管依次相连；第三二极管另一端与第四二极管连接于连接点C，并与第二电容和负载电阻相连接；第二电容和负载电阻的另一端均与第一电容的一端连接于连接点D，并与直流电压源的另一端相连接；第一电容与双绕组耦合变压器连接，另一端与晶闸管连接于连接点E，并与第四二极管相连；晶闸管的另一端与第一线圈的另一端相连接。本实用新型专利技术在保证快速切除故障电流的基础上，减少直流断路器的体积和成本，简化整体电路，降低控制复杂度，增强系统稳定性。增强系统稳定性。增强系统稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种高压双向直流固态断路器


[0001]本技术属于电力高压大容量直流断路器
，尤其涉及一种高压双向直流固态断路器。

技术介绍

[0002]随着电动汽车、蓄电池储能等直流负载的发展，直流微电网逐渐成为配电网的主体，针对直流微电网发生短路故障时短路电流上升速度快、不存在自然过零点、关断难度大等问题，直流断路器成为保障直流微电网正常运行的关键设备。
[0003]目前，为了解决直流断路器造价昂贵和性能提高的问题，已有多篇学术论文和专利进行研究并提出相应的解决办法，例如：
[0004]1.李伟林等人在发表的“一种基于新型拓扑结构的双向Z源固态直流断路器”专利中,改进了固态直流断路器的拓扑结构，解决了能量、功率不能双向流动且电源负载不共地的问题，但Z源断路器的缺点是不能切断高阻故障，并且桥臂电感、电容参数不能随时调整，导致断路器适应性差，不具有普适性。
[0005]2.KESHAVARZI.D等人发表“A Z
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sourcebased bidirectional DC circuit breaker with fault current limitation and interruption capabilities[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2017，32(9)：6813
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6822”，该文章提出了一种基于单向串联型Z源结构的双向断路器，实现双向保护作用，但采用了较多元件，增加了结构复杂性，成本较高。r/>[0006]3.Y.Wang等人发表“A novel bidirectionalsolid
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state circuit breaker for DC microgrid[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics，2019，66(7)：5707
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5714”，该文章提出一种基于三线圈变压器的双向断路器，优化了断路器拓扑结构，但是参数计算复杂，控制复杂度高。
[0007]因此，现在亟待需要提出一种可以提高性能和降低成本与控制复杂度的固态直流断路器拓扑结构。

技术实现思路

[0008]针对上述现有技术中存在的不足之处，本技术提供了一种高压双向直流固态断路器。其目的是为了提供一种简化整体电路，并且在故障隔离后电源侧不会发生环流冲击的断路器，实现增强系统稳定性能和降低成本的专利技术目的。
[0009]本技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0010]一种高压双向直流固态断路器，在直流电压源的一端与连接点A、第二二极管的一端依次相连；第二二极管的另一端与双绕组耦合变压器中第一线圈的一端、连接点B及第三二极管的一端依次相连；第三二极管的另一端与第四二极管的一端连接于连接点C，并与第二电容和负载电阻的一端相连接；第二电容和负载电阻的另一端均与第一电容的一端连接于连接点D，并与直流电压源的另一端相连接；第一电容的一端与双绕组耦合变压器中第二
线圈的一端连接，第二线圈的另一端与晶闸管的一端连接于连接点E，并与第四二极管的一端相连；晶闸管的另一端与第一线圈的另一端相连接。
[0011]更进一步的，所述直流电压源的正极与连接点A和第二二极管的阳极相连；第二二极管的阴极与双绕组耦合变压器中第一线圈、连接点B及第三二极管的阴极相连；第三二极管的阳极与第四二极管的阴极连接于连接点C，并与第二电容的阳极和负载电阻的阳极相连接；第二电容的阴极和负载电阻的阴极与第一电容的阴极连接于连接点D，并与直流电压源的负极相连接；第一电容的阳极与双绕组耦合变压器中第二线圈的同名端连接，第二线圈的非同名端与晶闸管的阴极连接于连接点E，并与第四二极管的阳极相连；晶闸管的阳极与第一线圈的非同名端相连接。
[0012]更进一步的，所述双绕组耦合变压器，包括第一线圈和第二线圈，第一线圈和第二线圈分别为变压器的一次绕组和二次绕组，二者为耦合关系，通过磁场完成电能变换。
[0013]更进一步的，所述连接点A是直流电压源与第一二极管连接点，所述连接点B是第一线圈的同名端与第二二极管的连接点，所述连接点C是第三二极管与第四二极管的连接点，所述连接点D是第二电容与负载电阻的连接点，所述连接点E是第二线圈的非同名端与晶闸管的连接点。
[0014]更进一步的，所述断路器包括两种工作状态：稳态工作步骤和故障工作步骤。
[0015]更进一步的，所述稳态工作步骤，是当系统正向潮流运行时电流经第二二极管、第一线圈、晶闸管、第四二极管和第一电容，当系统反向潮流运行时电流经第三二极管、第一线圈、晶闸管、第一二极管和第一电容。
[0016]更进一步的，所述故障工作步骤是直流断路器在负载侧发生短路故障，故障电流其中一部分由第一电容经第二线圈和第四二极管流向短路点，另一部分故障电流由第二电容流向短路点；当短路故障发生时，第二线圈中的电流迅速上升，在第一线圈中产生反向感应电流，当两者相等时迫使晶闸管自动换流，晶闸管关断后故障电流逐渐下降至0，完成关断。
[0017]本技术具有以下有益效果及优点：
[0018]本技术一种高压双向直流固态断路器在保证快速切除故障电流的基础上，减少了直流断路器的体积和成本，不需要外部控制电路就能够在短时间内自动隔离故障电流，简化了整体电路，降低了系统成本与控制复杂度，并且在故障隔离后电源侧不会发生环流冲击，增强了系统稳定性。
附图说明
[0019]本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0020]图1是本技术断路器拓扑结构图；
[0021]图2a、2b是本技术断路器两种工作状态下电流流向图；
[0022]图3是本技术断路器仿真实验波形图。
[0023]图中，双绕组耦合变压器1，第一线圈2，第二线圈3，直流电压源4，第一二极管5，第二二极管6，第三二极管7，第四二极管8，晶闸管9，第一电容10，第二电容11，负载电阻12，连接点A13，连接点B14,连接点C15,连接点D16,连接点E17。
具体实施方式
[0024]为了能够更清楚地理解本技术的上述目的、特征和优点，下面将结合附图和具体实施方式对本技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0025]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是，本技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0026]下面参照图1
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图3描述本技术一些实施例的技术方案。
[0027]实施例1
[0028]本技术提供了一个实施例，是一种高压双向直流固态断路器。如图1所示，图1是本技术断路器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压双向直流固态断路器，其特征是：直流电压源（4）的一端与连接点A（13）、第二二极管（6）的一端依次相连；第二二极管（6）的另一端与双绕组耦合变压器（1）中第一线圈（2）的一端、连接点B（14）及第三二极管（7）的一端依次相连；第三二极管（7）的另一端与第四二极管（8）的一端连接于连接点C（15），并与第二电容（11）和负载电阻（12）的一端相连接；第二电容（11）和负载电阻（12）的另一端均与第一电容（10）的一端连接于连接点D（16），并与直流电压源（4）的另一端相连接；第一电容（10）的一端与双绕组耦合变压器（1）中第二线圈（3）的一端连接，第二线圈（3）的另一端与晶闸管（9）的一端连接于连接点E（17），并与第四二极管（8）的一端相连；晶闸管（9）的另一端与第一线圈（2）的另一端相连接。2.根据权利要求1所述的一种高压双向直流固态断路器，其特征是：所述直流电压源（4）的正极与连接点A（13）和第二二极管（6）的阳极相连；第二二极管（6）的阴极与双绕组耦合变压器（1）中第一线圈（2）、连接点B（14）及第三二极管（7）的阴极相连；第三二极管（7）的阳极与第四二极管（8）的阴极连接于连接点C（15），并与第二电容（11）的阳极和负载电阻（12）的阳极相连接；第二电容（11）的阴极和负载电阻（12）的阴极...

【专利技术属性】
技术研发人员：董鹤楠，李平，孙峰，韩子娇，段昭宇，刘一琦，李家珏，李胜辉，唱一鸣，程绪可，张冠锋，白雪，郑志勤，谢冰，孙丝萝，张天放，张稼楠，李明珠，刘凯，那光宇，王亮，李峰，王优胤，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，
类型：新型
国别省市：