一种双侧自供电的双向直流固态断路器制造技术

一种双侧自供电的双向直流固态断路器包括双向固态开关、DC/DC转换器和能量吸收回路，能量回收电路包括电容C、压敏电阻MOV、二极管D1、D2以及接地电阻R；双向固态开关的SiC功率开关管J1的源极接于电源侧，SiC功率开关管J2的源极经过检测单元后接于线路侧；电容C的一端与SiC功率开关管J1、J2的漏极连接，另一端下拉接地电阻R；压敏电阻MOV与电容C并联；二极管D1、D2采用共阳极的方式反串联，二极管D1、D2的阴极分别与SiC功率开关管J1、J2的源极连接；DC/DC转换器的输入端与电容C的两端连接，DC/DC转换器将电容C上的电压通过降压隔离后为检测单元、控制单元和驱动单元供电；驱动单元控制SiC功率开关管J1、J2的关断。本发明专利技术能实现双侧灵活取电且不间断自供电。侧灵活取电且不间断自供电。侧灵活取电且不间断自供电。

【技术实现步骤摘要】
一种双侧自供电的双向直流固态断路器


[0001]本专利技术涉及直流配电系统保护
，尤其指一种双侧自供电的双向直流固态断路器。

技术介绍

[0002]随着风力发电、光伏发电等新能源发电技术的发展，在未来的电网中，将会大量应用分布式能源。在过去几十年的发展中，直流电网因为风力发电、光伏发电、混合储能、电动汽车、直流家用电器等技术的发展，受到工业界和学术界的广泛关注。与交流电网相比，直流电网具有效率高、无功功率损耗小等优点，拥有更高的电能质量，更容易集成直流电源，无需用同步等一系列优点。但是由于直流电网系统阻抗较低且转动惯量小，发生短路故障时故障电流上升速度快、幅值大等特点，若使用机械开关切断故障电流则会在切断瞬间产生高压大电弧，严重时会烧毁用电设备，且机械开关分段速度较慢，而快速无弧关断的直流固态断路器较好的解决了以上问题，继而成为了当前的研究热点。但是由于各种分布式发电的接入，使得直流系统从单端供电系统转变为双端或多端供电系统，系统中功率传输特性也随着发生改变，由单端系统中的单向传输转变为双端或多端系统中的双向流动，然而由于构成直流固态断路器主功率开关的功率半导体单向关断的特性，无法实现双向分断的功能，进而产生了对双向直流固态断路器(Bidirectional Solid State Circuit Breaker,BSSCB)的需求。
[0003]目前，已开发的BSSCB绝大部分无法简单地直接放置于线路中进行使用，都需要额外的供电电源或辅助供电线路进行供能，虽然有少部分BSSCB实现了自供电，但是仍存在诸多不足之处，其自取电方案大致分为以下三种，如图1所示。图1(a)和1(b)所展示的自供电方法是简单地从BSSCB的一侧获取供能，但是相应侧如果发生短路故障，则会严重影响到供电稳定性，甚至出现供能失效的情况。当采用如图1(c)所示的取电方式时，利用超额的故障电流在BSSCB功率开关器件上的压降作为启动电压启动断路器的控制单元从而切断故障电流，这种取电方式简便易行，而且BSSCB正常工作时辅助单元不产生任何损耗。但是这种取电方式导致BSSCB无法实现正常状态下的开断功能和实时监测功能，而且其关断的触发条件由功率开关器件的内阻以及控制功率开关器件关断的芯片的启动电压决定，就导致其无法根据应用场景需求灵活设置短路阈值电流，存在较大局限性。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能实现双侧灵活取电且不间断自供电的双向直流固态断路器。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方法：一种双侧自供电的双向直流固态断路器，包括双向固态开关、检测单元、控制单元和驱动单元，所述双向固态开关由共漏极的SiC功率开关管J1、J2反串联构成；还包括DC/DC转换器和能量吸收回路，所述能量回收电路包括电容C、压敏电阻MOV、二极管D1、D2以及接地电阻R；
[0006]所述SiC功率开关管J1的源极接于电源侧，电源侧接有电压源V1，SiC功率开关管J2的源极经过检测单元后接于线路侧，线路侧接有电压源V2；所述电容C的一端与SiC功率开关管J1、J2的漏极连接，另一端下拉接地电阻R；所述压敏电阻MOV与电容C并联；所述二极管D1、D2采用共阳极的方式反串联，二极管D1、D2的阴极分别与SiC功率开关管J1、J2的源极连接；所述DC/DC转换器的输入端与电容C的两端连接，DC/DC转换器将电容C上的电压通过降压隔离后为检测单元、控制单元和驱动单元供电；所述检测单元的输出端与控制单元的输入端连接，所述控制单元的输出端与驱动单元的输入端连接，所述驱动单元的输出端与SiC功率开关管J1、J2的栅极连接。
[0007]优选地，所述接地电阻R的取值约束为：
[0008][0009][0010]式中，V
clamp
为压敏电阻MOV的钳位电压；V
DS
‑
max
为SiC功率开关管J1、J2漏源极击穿电压；V
in
‑
max
为DC/DC变换器最大安全输入电压；V
DC
为电源电压；ΔI
max
为双向直流固态断路器两侧故障电流所允许最大差值。
[0011]优选地，所述电容C的取值约束为：
[0012][0013]式中，I
th
为短路电流设定阈值；L
L
为线路电感；V
in
‑
min
为DC/DC变换器最小安全输入电压。
[0014]进一步地，该双向直流固态断路器还包括通讯单元，所述通讯单元与控制单元连接，所述通讯单元由DC/DC转换器供电。
[0015]优选地，所述SiC功率开关管J1、J2采用SiC JFET型开关管。
[0016]优选地，选用TVS瞬变电压抑制器或GDT陶瓷气体放电管替换所述压敏电阻MOV。
[0017]本专利技术提供的双侧自供电的双向直流固态断路器，在无需额外辅助电源设备或辅助供电线路的情况下，可以实现双侧自供电，并不间断自供电。相较于传统的BSSCB在其一侧取电实现自供电的方式，本专利技术从BSSCB的两侧均能取电，避免了由于故障发生在自取电一侧时可能带来的供能失效问题，提升了BSSCB稳定运行、可靠故障隔离的能力；另外，传统的BSSCB取电于断路器压降的方法，在隔离故障后或在未发生故障前都是处于无供电状态，而本专利技术能够支撑BSSCB的不间断供电，以保证BSSCB除实现故障隔离外，还兼具即时分断，实时监测与系统通讯功能。
附图说明
[0018]图1是现有的BSSCB自供电方式示意图；
[0019]图2是本专利技术提供的BSSCB双侧灵活取电方式示意图；
[0020]图3是本专利技术提供的双侧自供电的双向直流固态断路器图；
[0021]图4是本专利技术实施方式中线路侧短路故障简化模型示意图；
[0022]图5是本专利技术实施方式中BSSCB线路侧故障响应波形图；
[0023]图6是本专利技术实施方式中线路侧短路故障隔离全过程示意图；
[0024]图7是本专利技术实施方式中电源侧短路故障简化模型示意图；
[0025]图8是本专利技术实施方式中BSSCB电源侧故障响应波形图；
[0026]图9是本专利技术实施方式中电源侧短路故障隔离全过程示意图；
[0027]图10是本专利技术实施方式中实验平台拓扑图；
[0028]图11是本专利技术实施方式中实验结果波形图。
具体实施方式
[0029]为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本专利技术的限定。
[0030]如
技术介绍
中所述，在双端或多端直流系统的应用场合中，BSSCB自供电采取仅取电于断路器的一侧或取电于断路器压降的方法存在显著缺点与限制，为此，本专利技术提出一种能够在BSSCB两侧灵活取电的自供电拓扑结构，如图2所示，无论短路故障发生在BSSCB任何一侧，它都能够从正常运行的一侧获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双侧自供电的双向直流固态断路器，包括双向固态开关、检测单元、控制单元和驱动单元，所述双向固态开关由共漏极的SiC功率开关管J1、J2反串联构成，其特征在于：还包括DC/DC转换器和能量吸收回路，所述能量回收电路包括电容C、压敏电阻MOV、二极管D1、D2以及接地电阻R；所述SiC功率开关管J1的源极接于电源侧，电源侧接有电压源V1，SiC功率开关管J2的源极经过检测单元后接于线路侧，线路侧接有电压源V2；所述电容C的一端与SiC功率开关管J1、J2的漏极连接，另一端下拉接地电阻R；所述压敏电阻MOV与电容C并联；所述二极管D1、D2采用共阳极的方式反串联，二极管D1、D2的阴极分别与SiC功率开关管J1、J2的源极连接；所述DC/DC转换器的输入端与电容C的两端连接，DC/DC转换器将电容C上的电压通过降压隔离后为检测单元、控制单元和驱动单元供电；所述检测单元的输出端与控制单元的输入端连接，所述控制单元的输出端与驱动单元的输入端连接，所述驱动单元的输出端与SiC功率开关管J1、J2的栅极连接。2.根据权利要求1所述的双侧自供电的双向直流固态断路器，其特征在于：所述接地电阻R的取值约束为：阻R的取值约束为：式中，V
clamp
为压敏电阻MOV的钳位电压；...

【专利技术属性】
技术研发人员：帅智康，陈代鑫，王伟，李杨，黄文，周韬，郭修远，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：