本發(fā)明屬于低壓配電領(lǐng)域，具體涉及一種低壓混合式直流斷路器尾部電流可靠換流方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著光伏、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車等低壓直流系統(tǒng)的快速發(fā)展，人們通過不斷提升電壓等級(jí)來降低電能傳輸損耗，低壓領(lǐng)域電壓等級(jí)逐漸提升接近于iec規(guī)定的1500v上限，因此對(duì)低壓直流系統(tǒng)的保護(hù)設(shè)備提出了小型化、易安裝、快開斷的需求。斷路器作為電力系統(tǒng)關(guān)鍵保護(hù)設(shè)備，其動(dòng)作可靠性、高性能對(duì)于直流系統(tǒng)的保護(hù)具有重要意義，與傳統(tǒng)交流系統(tǒng)相比，直流系統(tǒng)由于缺乏自然過零點(diǎn)，同時(shí)線路阻抗小故障電流上升速度快，導(dǎo)致其保護(hù)更加困難，因此研究低壓直流系統(tǒng)的開斷保護(hù)技術(shù)對(duì)于其發(fā)展具有重要意義。

2、斷路器根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，可分為機(jī)械斷路器、固態(tài)斷路器、混合式斷路器。其中機(jī)械式斷路器發(fā)展最為成熟，根據(jù)機(jī)構(gòu)動(dòng)作原理不同，可分為熱磁式斷路器、電子式斷路器，其滅弧方式主要通過增加滅弧柵片、拉伸電弧、添加永磁體來實(shí)現(xiàn)快速滅弧，然而隨著直流系統(tǒng)發(fā)展，傳統(tǒng)的滅弧方式難以實(shí)現(xiàn)快速故障快速清除，滅弧時(shí)間通常在幾十毫秒，只有通過不斷增加滅弧室體積、增加產(chǎn)氣材料、多級(jí)串聯(lián)的方式來適應(yīng)高電壓等級(jí)下的開斷需求，對(duì)其體積、操作一致性提出了更高的需求，然而由于其通過金屬接觸傳導(dǎo)電流，因此具有通態(tài)損耗小、短時(shí)耐受短路電流能力強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，以電力電子器件為主的固態(tài)斷路器得到了廣泛的關(guān)注，固態(tài)斷路器通過利用快速檢測模塊、控制模塊來實(shí)現(xiàn)短路電流的快速清除，故障清除時(shí)間可縮短至微秒級(jí)別，對(duì)于高度電力電子化的直流系統(tǒng)來說該方案更加可靠，由于其正常工況下由電力電子器件導(dǎo)通額定電流，故障時(shí)由器件實(shí)現(xiàn)關(guān)斷，因此雖然可以實(shí)現(xiàn)無弧開斷但是導(dǎo)通損耗更大，對(duì)于散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求更高，具備使用壽命長、開斷速度快等優(yōu)點(diǎn)，但是受限于器件本身性能，固態(tài)斷路器目前仍只適用于低壓(<100v)終端保護(hù)場合。

3、結(jié)合機(jī)械斷路器、固態(tài)斷路器發(fā)展起來的混合式開斷技術(shù)，被認(rèn)為是未來低壓直流領(lǐng)域重要發(fā)展方向之一，該方案在充分利用傳統(tǒng)斷路器限流功能下，兼具機(jī)械斷路器導(dǎo)通損耗低、固態(tài)斷路器開斷速度快的優(yōu)點(diǎn)，然而傳統(tǒng)混合式斷路器為了進(jìn)一步縮短開斷時(shí)間，需要燃弧初期便迅速導(dǎo)通電力電子器件，從而完成快速換流和滅弧，然而在低壓領(lǐng)域，快速換流存在兩個(gè)關(guān)鍵問題：1)觸頭開距過小，電力電子器件關(guān)斷過電壓可能導(dǎo)致重?fù)舸?)電流上升階段導(dǎo)通電力電子器件，對(duì)器件性能、數(shù)量要求更高。上述問題可以通過燃弧后期導(dǎo)通電力電子器件的方法進(jìn)行解決，然而該方法對(duì)于器件導(dǎo)通時(shí)時(shí)刻需求較高，如何實(shí)現(xiàn)不同機(jī)械斷路器開斷情況下電力電子器件均能可靠導(dǎo)通并完成電流換向，是低壓混合式直流斷路器進(jìn)一步發(fā)展亟待解決的問題，對(duì)推動(dòng)低壓直流系統(tǒng)發(fā)展，完善低壓電器理論具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)低壓混合式直流斷路器燃弧后期開斷不可靠問題，提出了一種低壓混合式直流斷路器尾部電流可靠換流方法及系統(tǒng)，為低壓直流斷路器的發(fā)展提供了新思路。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種低壓混合式直流斷路器尾部電流可靠換流方法，包括以下步驟：

4、1)直流系統(tǒng)產(chǎn)生短路故障，機(jī)械斷路器感知故障產(chǎn)生，通過內(nèi)部熱磁脫扣器打開觸頭產(chǎn)生電弧，獲取控制系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)；

5、2)控制系統(tǒng)在觸發(fā)信號(hào)基礎(chǔ)上經(jīng)過固定延時(shí)控制電力電子器件導(dǎo)通，通過外圍保護(hù)電路工作，檢測電力電子器件導(dǎo)通時(shí)刻是否處于過流狀態(tài)；

6、3)當(dāng)電力電子器件導(dǎo)通時(shí)刻處于過流狀態(tài)時(shí)，電力電子器件強(qiáng)制關(guān)斷并重復(fù)步驟2)；

7、4)當(dāng)電力電子器件處于非過流狀態(tài)時(shí)，電流完成換向，電弧熄滅故障清除。

8、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟1)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下：機(jī)械斷路器采用塑殼斷路器，當(dāng)短路故障產(chǎn)生時(shí)，內(nèi)部熱磁脫扣器感知故障產(chǎn)生并帶動(dòng)機(jī)構(gòu)打開金屬觸頭，觸頭間產(chǎn)生電弧，在電弧限流作用下故障電流持續(xù)降低。

9、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟2)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下：檢測電弧電壓超過閾值時(shí)控制單元開始控制延時(shí)，延時(shí)至電流下降階段控制電力電子器件導(dǎo)通，外圍desat保護(hù)電路工作，通過檢測器件兩端電壓來判斷其是否處于過流狀態(tài)。

10、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟3)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下：外圍desat電路工作檢測電力電子器件兩端電壓并比較其與閾值電壓大小，當(dāng)處于過流狀態(tài)時(shí)，兩端電壓超過閾值電壓，強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)芯片閉鎖，控制電力電子關(guān)斷，隨后驅(qū)動(dòng)芯片在控制單元作用下復(fù)位，經(jīng)過固定延時(shí)后再次驅(qū)動(dòng)igbt導(dǎo)通，desat電路再次檢測電力電子器件是否處于過流狀態(tài)，當(dāng)處于過流狀態(tài)時(shí)重復(fù)該步驟。

11、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟4)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下：當(dāng)電力電子器件處于非過流狀態(tài)時(shí)，器件兩端電壓小于閾值電壓，外圍desat保護(hù)電路不工作，電力電子器件成功開通，故障電流通過機(jī)械斷路器換向至電力電子器件，經(jīng)過程序延時(shí)電力電子器件關(guān)斷，故障電流換向至耗能支路完成能量耗散，最終故障清除。

12、一種低壓混合式直流斷路器尾部電流可靠換流系統(tǒng)，包括：

13、信號(hào)獲取模塊，用于直流系統(tǒng)產(chǎn)生短路故障，機(jī)械斷路器感知故障產(chǎn)生，通過內(nèi)部熱磁脫扣器打開觸頭產(chǎn)生電弧，獲取控制系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)；

14、信號(hào)檢測模塊，用于控制系統(tǒng)在觸發(fā)信號(hào)基礎(chǔ)上經(jīng)過固定延時(shí)控制電力電子器件導(dǎo)通，通過外圍保護(hù)電路工作，檢測電力電子器件導(dǎo)通時(shí)刻是否處于過流狀態(tài)；

15、第一判斷模塊，用于當(dāng)電力電子器件導(dǎo)通時(shí)刻處于過流狀態(tài)時(shí)，電力電子器件強(qiáng)制關(guān)斷并重復(fù)信號(hào)檢測模塊；

16、第二判斷模塊，用于當(dāng)電力電子器件處于非過流狀態(tài)時(shí)，電流完成換向，電弧熄滅故障清除。

17、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，信號(hào)獲取模塊中，機(jī)械斷路器采用塑殼斷路器，當(dāng)短路故障產(chǎn)生時(shí)，內(nèi)部熱磁脫扣器感知故障產(chǎn)生并帶動(dòng)機(jī)構(gòu)打開金屬觸頭，觸頭間產(chǎn)生電弧，在電弧限流作用下故障電流持續(xù)降低。

18、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，信號(hào)檢測模塊中，檢測電弧電壓超過閾值時(shí)控制單元開始控制延時(shí)，延時(shí)至電流下降階段控制電力電子器件導(dǎo)通，外圍desat保護(hù)電路工作，通過檢測器件兩端電壓來判斷其是否處于過流狀態(tài)。

19、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，第一判斷模塊中，外圍desat電路工作檢測電力電子器件兩端電壓并比較其與閾值電壓大小，當(dāng)處于過流狀態(tài)時(shí)，兩端電壓超過閾值電壓，強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)芯片閉鎖，控制電力電子關(guān)斷，隨后驅(qū)動(dòng)芯片在控制單元作用下復(fù)位，經(jīng)過固定延時(shí)后再次驅(qū)動(dòng)igbt導(dǎo)通，desat電路再次檢測電力電子器件是否處于過流狀態(tài)，當(dāng)處于過流狀態(tài)時(shí)重復(fù)。

20、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，第二判斷模塊中，當(dāng)電力電子器件處于非過流狀態(tài)時(shí)，器件兩端電壓小于閾值電壓，外圍desat保護(hù)電路不工作，電力電子器件成功開通，故障電流通過機(jī)械斷路器換向至電力電子器件，經(jīng)過程序延時(shí)電力電子器件關(guān)斷，故障電流換向至耗能支路完成能量耗散，最終故障清除。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益的技術(shù)效果：

22、本發(fā)明提供了一種基于傳統(tǒng)塑殼斷路器的低壓混合式直流斷路器尾部電流可靠換流電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了故障電流自主檢測與分閘，解決了混合式斷路器電路結(jié)構(gòu)、控制策略設(shè)計(jì)復(fù)雜的問題。本發(fā)明通過采用電弧電流下降階段控制電力電子器件導(dǎo)通的方法，一方面解決了燃弧時(shí)間長的問題，降低電弧釋放能量，并延長了斷路器整體使用壽命，另一方面解決了燃弧初期換流導(dǎo)致的重?fù)舸㈦娏﹄娮悠骷枨蟪杀具^高的問題，有效降低了由于斷路器失效帶來的電氣火災(zāi)事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明通過采用去飽和檢測電路周期性控制電力電子器件導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)了在不添加外部檢測模塊基礎(chǔ)上最大程度發(fā)揮電力電子器件通流能力，解決了不同工況故障電流的可靠開斷問題，滿足混合式斷路器低成本、小型化設(shè)計(jì)需求。

23、綜上，本發(fā)明混合式斷路器具有較好的可擴(kuò)展性，可廣泛適用于多種類型塑殼斷路器，具有較好適用性，同時(shí)包含單片機(jī)控制部分，可以提供更好的功能擴(kuò)展。