[发明专利]适于自适应限流直流固态断路器的直流电源及其控制方法

说明书

本发明公开了一种适于自适应限流直流固态断路器的直流电源及其控制方法，为三相半波整流电路与电源保护电路串联的电路。正常运行状态，单向导通可关断开关处于导通状态，单向导通晶闸管处于关断状态；直流电源电压设置为使I_b略大于直流系统的额定电流，或者略大于正常运行时可能出现的最大负荷电流；当直流系统发生故障时，直流电抗器接入到故障回路后，上升到I_b时，单向导通可关断开关立即关断，单向导通晶闸管立即导通；此时直流电源退出故障电流流通路径；当直流系统故障点消失或被排查清除时，直流电抗器电流下降到I_b时，立即导通单向导通可关断开关上，单向导通晶闸管在直流电源反向电压作用下立即关断，直流电源恢复至正常运行状态。

技术领域

本发明涉及直流输/配/微电网和直流电源技术领域，特别是涉及一种适用于具有自适应限流能力直流固态断路器的直流电源及其控制方法。

背景技术

柔性直流系统的典型换流器的类型主要包括两电平VSC换流器(VSC，电压源型换流器voltage source converter)、三电平VSC换流器以及MMC模块化多电平换流器(MMC，模块化多电平换流器modularmultilevel converter)。

针对上述典型换流器构造的柔性直流系统在直流故障后直流电压迅速跌落、直流电流急剧上升以及故障隔离难度大等问题。中国专利201710399243.0《一种具有自适应限流能力的直流固态断路器及其控制方法》公开了一种具有自适应限流能力的直流固态断路器，能在保护跳闸信号接收前快速、自动地限制故障电流，为有选择性切除故障线路提供了必要条件，保证剩余网络的可靠故障穿越。根据上述直流固态断路器拓扑和原理可知，其内部设有提供偏置电压的直流电源，在故障状态下故障电流流过直流电源，对直流电源造成极大的冲击。因此，如何在上述固态断路器故障限流的同时，避免故障电流对直流电源造成的不利影响，并实现与断流功能之间的协调配合成为上述直流断路器改进的关键课题。中国专利201720891640.5《用于低压断路器的电源电路》公开了用于低压断路器的电源电路，采用三相半波整流和电容器滤波，可以实现稳定的电压输出，满足器件正常运行的供电需求。但是，由于器件自身的限制，依然无法承受故障电流的冲击。因此，为了直流系统的运行安全和供电可靠性，需要设计合适的直流电源电路，即可以满足上述直流固态断路器的运行要求，又可以在直流系统故障时保护直流电源不被损坏。

发明内容

针对目前具有自适应限流能力直流断路器在故障时刻偏置支路直流电源的保护问题，本发明提出了一种适于自适应限流直流固态断路器的直流电源及其控制方法，利用设计的直流电源拓扑结构，在控制策略方面实现了包括正常运行状态、故障切除状态的控制方法。

本发明的一种适于自适应限流直流固态断路器的直流电源，所述直流电源的拓扑结构为三相半波整流电路1与电源保护电路2串联的电路；其中，所述电源保护电路2由单向导通可关断开关4与单向导通晶闸管5反向串联构成，且单向导通可关断开关4由一个全控固态开关与一个二极管反并联构成；所述三相半波整流电路1与所述单向导通可关断开关4同向串联、与单向导通晶闸管5反向串联；单向导通晶闸管5的阴极和阳极分别作为直流电源正极和负极的输出端口；作为偏置电源的所述直流电源与直流电抗器L串联，所述直流电源、所述直流电抗器L串联之外的两端分别接在具有自适应限流能力直流固态断路器的可关断桥臂的公共连接点和两个二极管串联桥臂的另一公共连接点上，构成具有自适应限流能力直流断路器的偏置支路。

所述直流电源控制方法，包括正常运行状态、故障状态和故障清除状态的控制策略，该控制方法具体包括以下处理：

正常运行状态，单向导通可关断开关上所有全控固态开关处于导通状态，单向导通晶闸管处于关断状态；直流电源电压设置为使偏置电流I_b略大于直流系统的额定电流，或者略大于正常运行时可能出现的最大负荷电流；