[发明专利]一种基于新型拓扑结构的双向Z源固态直流断路器

说明书

本发明公开了一种基于Z源结构的固态直流断路器，用于解决单向断路器只能实现能量单向流动以及双向断路器电路结构负载，负载和电源不共地，反馈大电流等问题。技术方案是通过使用四个二极管，一个晶闸管，一个电容，一个一二次侧比为2:1的变压器构成电路拓扑能量的前向和后向流动通道。故障发生时，变压器一次侧反向感应电流增大使晶闸管电流逐渐下降到0而关断；然后电路进入谐振状态使电容持续充电，变压器二次侧电压先上升后下降到0并保持；随后变压器绕组中储存的能量在续流回路中被消耗殆尽，绕组电流下降为0，故障被完全隔离。本发明解决了能量、功率不能双向流动且电源负载不共地的问题，实用性强。

技术领域：

本发明属于直流断路器技术领域，尤其涉及一种新型双向Z源直流固态断路器的电路结构。

背景技术：

目前直流断路器主要分为三类，即利用传统机械开关开断的纯机械式直流断路器、利用电力电子器件(SCR、IGBT)开断的全固态断路器以及将两种形式相结合的混合式断路器。但是机械式断路器存在关断时间长、易产生电弧等缺点，普通固态断路器存在电路复杂，可靠性低，难控制且成本高昂等缺点。

Beheshtaein S等人在文献“Beheshtaein S,Cuzner R M,Forouzesh M,et al.DCmicrogrid protection:A comprehensive review[J].IEEE Journal of Emerging andSelected Topics in Power Electronics,2019”提出直流微网系统仍然存在一些如故障的检测和隔离以及短路时很大的故障电流等问题，直流断路器伴随着直流微网系统故障隔离的需求而发展，而固态直流断路器以其优秀的分断时间和更低的体积和重量获得更广泛的关注，现已成为保障直流输配送系统以及直流电网系统稳定安全可靠的关键设备之一。

Maqsood A等人在文献“Maqsood A,Corzine K.Z-source Dc circuit breakerswith coupled inductors[C]//2015IEEE Energy Conversion Congress and Exposition(ECCE).IEEE,2015:1905-1909.”提出了Z源固态直流断路器，这种断路器具有结构简单、体积重量小、不需要复杂的检测和控制电路、更高的可靠性和更迅速的反应等优势。MaqsoodA等人和Corzine K A等人在文献“Maqsood A,Corzine K.Z-source Dc circuit breakerswith coupled inductors[C]//2015IEEE Energy Conversion Congress and Exposition(ECCE).IEEE,2015:1905-1909.”,“Corzine K A,Ashton R W.A new Z-source DCcircuit breaker[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2011,27(6):2796-2804.”中提出了Z源固态直流断路器主要包含三种类型：交错型、并联型和串联型。然而Z源断路器仍存在一些问题，如交错型固态直流断路器存在电源与负载不共地的问题，并联型和串联型均存在较大的流经晶闸管的反向电流。不仅如此，上述Z源固态直流断路器存在的最大问题是不能实现功率和能量的双向流动。因此，在这种背景下，双向Z源固态直流断路器被设计出来，以满足双向功率流动的需求。但是这又带来了一些如复杂的结构、大量的元器件、电源与负载不共地等问题。这些严重制约了直流微电网的发展。

发明内容：

为了克服目前现有的单向断路器只能实现能量单向流动以及双向断路器电路结构负载，负载和电源不共地，反馈大电流等缺点，本发明提供了一种新型的双向直流固态断路器的电路拓扑结构，可以有效的克服以上的缺点。