[发明专利]一种直流微网的固态电子开关的短路保护电路及保护方法

说明书

 

技术领域

本发明属于直流微电网技术领域，涉及一种固态电子开关的短路保护电路及保护方法，特别涉及一种直流微网输电线路固态电子开关的短路保护电路及保护方法。

 

背景技术

固态电子开关是用来快速切断故障的一种新型电力自动化设备，因其具有开断时间短、无弧、无光、无声响、寿命长及工作可靠性高等优点，具有极高的应用前景。

然而，固态电子开关在直流领域的应用与交流相比较，有其自身的特点和难点：直流电流是恒定的，不像交流系统中存在自然过零点。在高压大电流场合，固态电子开关开通过程中的电流上升率di/dt和关断过程中的断态电压上升率du/dt非常大，可能会对功率器件造成损坏或击穿。因此，直流固态电子开关不论采取何种功率器件作为主开关，面临着di/dt、du/dt过大的问题，这是直流领域所特有的。此外，即使固态电子开关完成关断动作，线路上电感所储存的能量将在器件两端产生过大的电压，若不采取有效措施，则直流固态电子开关动作时将是在大电流、高电压下的硬关断，这将使其遭受巨大冲击甚至损坏。

目前这个问题都没有得到很好的解决，固态电子开关在直流领域中的应用就受到限制。在直流领域也有研究基于晶闸管的直流固态电子开关，例如中国发明专利（专利号：200910026473.8）提供的一种谐振型直流固态电子开关，其核心是采用谐振软开关的方式，制造直流领域的过零点，实现功率器件的软开通（关断），避免硬开通（关断）对功率器件造成损坏，但该方案结构复杂，控制系统的设计难度较大，固态电子开关的可靠性较差，且由晶闸管组成的固态电子开关速动性较差，难以满足直流微电网中快速、可靠切除故障的要求，故存在一定的局限性。专利号为201110154838.2的发明专利提供了一种直流固态断路器，包括主开关单元和辅助开关单元，通过这两个单元的配合控制，避免了因器件固有的漏电流而造成的储能脉冲电容电压降低而关断不可靠及故障关断时供电电源有很大的谐振电流流经的问题，但该直流固态断路器是基于晶闸管的固态电子开关，同样速动性较差，且若应用在直流微电网中，不能实现能量的双向流动，因此，不适用于直流微电网。

 

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种直流微网的固态电子开关的短路保护电路及保护方法，以避免开关动作瞬间承受的电压（流）应力过大，实现固态电子开关的软关断，从而保证直流微电网输电线路发生短路时，固态电子开关能快速、可靠切除短路故障部分，提高直流微电网供电安全性和可靠性。

本发明的保护电路所采用的技术方案是：一种直流微网的固态电子开关的短路保护电路，应用于直流微电网输电线路，所述的固态电子开关为绝缘栅双极晶体管IGBT电力电子器件，由反并联二极管VD₁的IGBT单管V₁和反并联二极管VD₂的IGBT单管V₂反串联构成；其特征在于：所述的短路保护电路包括RC缓冲支路和RD续流支路；所述的RC缓冲支路并联在所述的固态电子开关上， RC缓冲支路的缓冲电容Cs的一端和电阻Rs的一端串联连接，缓冲电容Cs的另一端接在V₁的集电极上，电阻Rs的另一端接在V₁的发射极上；所述的RD续流支路由二极管D₁、电阻R₁、二极管D₂和电阻R₂依次串联连接，二极管D₁的阴极接在正母线上，电阻R₂的另一端接在负母线上，二极管D₂的阴极接信号地。

本发明的保护方法所采用的技术方案是：一种直流微网的固态电子开关的短路保护方法，其特征在于：分为两个阶段；第一阶段为固态电子开关关断时，直流微电网输电线路短路电流由固态电子开关同时转移到RC缓冲支路和RD续流支路上，防止固态电子开关关断时出现较大的瞬时过电压；第二阶段为短路电流从RC缓冲支路上全部换流到RD续流支路上，电源端被隔离开，直流微电网输电线路杂散电感L上储存的能量主要通过RD续流支路的电阻和直流微电网输电线路电阻消耗掉。