[发明专利]故障保护系统和方法

说明书

技术领域

本发明公开的实施方式涉及故障保护系统和方法，特别涉及过电流故障保护。

背景技术

直流系统广泛应用于多种领域如自动化传输系统，直流微网系统和船舶系统。在这些领域，直流系统用于给接入的多个串联或并联的负载提供电能。然而，由如负载短路等情况引起的过电流故障会在直流母线，直流电容器或功率变换器上产生大电流从而造成负载的损毁。因此过电流保护是直流系统中需要解决的关键问题。通过接入故障保护系统来检测和处理故障可对故障区域进行有效隔离。

传统的故障保护系统常采用机械断路器和保险丝。当检测到直流系统中电流超过承受能力时，这些保护系统可通过断开电流路径来对电装置进行保护。然而，在故障状态下断开机械断路器时，无法实现瞬间断开并且会伴随有电弧产生。在故障状态下熔断保险丝时需满足过热条件，然而过热条件的发生往往滞后于故障的发生，而且每次保险丝熔断后需要更换新的保险丝。当故障发生后，一些常用的保护系统仍旧能够允许故障电流在直流系统中流通长达几十毫秒的时间，这会造成电装置的损毁。

另一种故障保护系统采用基于半导体器件如集成门极换向晶闸管（IGCT）的结构。由于半导体器件本身的特性，故障电流被隔离的断开时间可缩短到几十微秒。然而，将流经该半导体器件的故障电流限制在可控范围以保证半导体器件的重复利用是一个亟待解决的问题。

因此，有必要提供一种改进的系统和方法来解决上述技术问题。

发明内容

鉴于上面提及的技术问题，本发明的一个方面在于提供一种改进的故障保护系统。该故障保护系统包括控制模块，开关和感性装置。该控制模块根据检测装置测量的检测信号来提供控制信号和开关信号，该控制信号包括第一控制信号和第二控制信号，该第一控制信号对应于正常模式，该第二控制信号对应于故障模式。该开关根据该开关信号开通和关断。该感性装置与该开关相连接，该感性装置根据该第一控制信号工作在第一感抗值状态，该感性装置根据该第二控制信号工作在第二感抗值状态。

如上所述的故障保护系统，其中，该检测装置至少连接在电源侧和负载侧其中一侧，以用于得到该检测信号，该检测信号包括电流幅值信号和电流变化率信号其中之一，该检测信号用于判断该正常模式和该故障模式。

如上所述的故障保护系统，其中，该感性装置包括带磁芯的互感器，至少一个开关装置和缓冲电路，该带磁芯的互感器包括原边电感和副边电感，该原边电感与该开关相连接，该副边电感与该至少一个开关装置相串联，该至少一个开关装置根据该第一控制信号开通，该至少一个开关装置根据该第二控制信号关断，该缓冲电路与该至少一个开关装置相并联。

如上所述的故障保护系统，其中，该感性装置包括带磁芯的互感器和偏置电流电路，该带磁芯的互感器包括原边电感和副边电感，该原边电感与该开关相连接，该副边电感与该偏置电流电路相串联，该偏置电流电路用于根据该第一控制信号提供第一电流，该偏置电流电路用于根据该第二控制信号提供第二电流。

如上所述的故障保护系统，其中，该感性装置包括电感，至少一个开关装置和缓冲电路。该电感包括第一端口、第二端口和第三端口，该电感通过该第一端口和该第二端口连接在电源装置和电装置之间。该至少一个开关装置连接在该第三端口与至少该第一端口和该第二端口其中一个端口之间，该至少一个开关装置根据该第一控制信号开通，该至少一个开关装置根据该第二控制信号关断。该缓冲电路与该至少一个开关装置相并联。

如上所述的故障保护系统，其中，该感性装置包括第一电感，第二电感，至少一个开关装置和缓冲电路。该第一电感和该第二电感与该开关相串联。该至少一个开关装置至少与该第一电感和该第二电感其中之一相并联，该至少一个开关装置根据该第一控制信号开通，该至少一个开关装置根据该第二控制信号关断。该缓冲电路与该至少一个开关装置相并联。

本发明的另一个方面在于提供故障保护方法。该方法至少包括以下步骤：提供第一控制信号给该故障保护系统的感性装置，以用于控制该感性装置在正常模式下工作于第一感抗值状态。提供第二控制信号给该故障保护系统的感性装置，以用于控制该感性装置在故障模式下工作于第二感抗值状态。

如上所述的方法，该方法包括测量得到电源侧和负载侧至少其中一侧的检测信号，用于判断该正常模式和该故障模式。

如上所述的方法，该方法包括提供第一控制信号和第二控制信号，用以控制该感性装置从该第一感抗值状态连续变化到该第二感抗值状态。