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一种混合式直流断路器驱动电路在线取电方法

阅读：731发布：2023-02-21

专利汇可以提供一种混合式直流断路器驱动电路在线取电方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种混合式直流断路器自取电方法，包括：DC/DC模块：将断路器内部元件两端电压调整到控制模块所需工作电压；储能电池：对多余电量进行存储；控制模块：用于接受继电保护系统发送来的故障信号并控制断路器作出相应动作；DC/AC模块：将直流电压转换为高频交流电；高频变压器：通过在二次侧设置多个线圈并联的结构实现多路驱动；驱动电路：用于驱动电力电子元件。本发明在混合式直流断路器拓扑结构基础上，针对其“投运状态-关断”、“关断状态-投运”的两个过程，提出一种在线取电的方法，直接从断路器主电路获取能量，经变换后转为多路输出，为断路器的主支路和转移支路的电力电子器件提供驱动电源，无需独立电源供电，结构简单，可靠性高。，下面是一种混合式直流断路器驱动电路在线取电方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种混合式直流断路器自取电方法，其特征在于，包括：
DC/DC模块，将断路器内部元件两端电压调整到控制模块所需工作电压；
储能电池，对多余电量进行存储；
控制模块：用于接受继电保护系统发送来的故障信号并控制断路器在不同运营模式下作出相应动作；
DC/AC模块，将直流电压转换为高频交流电，从而缩小所需变压器铁芯的体积；
高频变压器：通过在二次侧设置多个线圈并联的结构实现多路驱动；
驱动电路：包括交-直流转换和电力电子元件驱动，以控制混合式直流断路器的开断。
2.根据权利要求1所述的一种混合式直流断路器自取电方法，其特征在于：混合式直流断路器正常运行、需断开时，以主支路辅助开关两端电压经变换为转移支路电力电子器件提供驱动电压。
3.根据权利要求1所述的一种混合式直流断路器自取电方法，其特征在于：直流线路发生短路后，混合式直流断路器需断开时，以主支路辅助开关两端电压经变换为转移支路电力电子器件提供驱动电压，断开过程不受系统运行方式的影响。
4.根据权利要求1所述的一种混合式直流断路器自取电方法，其特征在于：断路器断开的情况下，接到闭合命令时，以缓冲支路中串联的电容两端电压进行变换，为断路器中转移支路的电力电子器件提供驱动电压。
5.根据权利要求1所述的一种混合式直流断路器自取电方法，其特征在于：通过DC/DC模块，将混合式直流断路器内部元件两端的电压转换为统一值并由控制模块进行处理。
6.根据权利要求1所述的一种混合式直流断路器自取电方法，其特征在于：控制模块通过对系统运行状态与断路器工作状态的分析，在接到继电保护系统的指令后，在不同工作状态下，利用不同元件两端的电压驱动电力电子元件，以保障断路器按指令动作，无需外接电源。
7.根据权利要求1所述的一种混合式直流断路器自取电方法，其特征在于：通过DC/AC模块将控制模块输出的直流电压转换为高频交流电，有效缩小所需变压器铁芯的体积，并经高频变压器二次侧并联的多个线圈实现多路驱动。
8.根据权利要求1所述的一种混合式直流断路器自取电方法，其特征在于：电力电子元件驱动模块具备AC/DC转换功能，由高频变压器二次侧供电，该模块接收断路器控制模块的指令以实现电力电子器件的导通或闭锁。

说明书全文

一种混合式直流断路器驱动电路在线取电方法

技术领域

[0001] 本发明专利属于柔性直流输电领域，是一种以在线取电经变换后为断路器设备电力电子器件提供驱动电源的控制方法。

背景技术

[0002] 发展直流电网最重要的技术瓶颈是直流断路器的研制，混合式直流断路器通常由机械开关和电力电子开关组成的主支路、电力电子开关组成的转移支路支路、电容缓冲支路及氧化锌避雷器组构成的耗能支路组成，其中电力电子开关的可靠驱动是保证其有效工作的关键环节。在高压直流输电系统中(HVDC)为这些电力电子器件提供驱动电源存在一定的困难，目前产品级的断路器，主要采用外部电源供电，其主要问题在于：

[0003] (1)结构复杂，电源系统整体成本较高；

[0004] (2)外部供电系统出现故障时，则断路器失灵。

发明内容

[0005] 为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种混合式直流断路器驱动电路在线取电方法，无需外部电源供电，且断路器动作不受运行方式影响，故障与非故障情况下都可成功运行。

[0006] 本发明的技术方案如下：

[0007] 一种混合式直流断路器驱动电路在线取电方法，包括：DC/DC模块，储能电池，控制模块，DC/AC模块，高频变压器，驱动电路；所述DC/DC模块，将断路器内部元件两端电压调整到控制模块所需工作电压；所述储能电池，对多余电量进行存储；所述控制模块：用于接受继电保护系统发送来的故障信号并控制断路器在不同运营模式下作出相应动作；所述DC/AC 模块，将直流电压转换为高频交流电，从而缩小所需变压器铁芯的体积；所述高频变压器：通过在二次侧设置多个线圈并联的结构实现多路驱动；所述驱动电路：包括交-直流转换和电力电子元件驱动，以控制混合式直流断路器的开断。

[0008] 混合式直流断路器正常运行、需断开时，以主支路辅助开关两端电压经变换为转移支路电力电子器件提供驱动电压；直流线路发生短路后，混合式直流断路器需断开时，以主支路辅助开关两端电压经变换为转移支路电力电子器件提供驱动电压，断开过程不受系统运行方式的影响。断路器断开的情况下，接到闭合命令时，以缓冲支路中串联的电容两端电压进行变换，为断路器中转移支路的电力电子器件提供驱动电压。通过DC/DC模块，将混合式直流断路器内部元件两端的电压转换为统一值并由控制模块进行处理。控制模块通过对系统运行状态与断路器工作状态的分析，在接到继电保护系统的指令后，在不同工作状态下，利用不同元件两端的电压驱动电力电子元件，以保障断路器按指令动作，无需外接电源。通过DC/AC 模块将控制模块输出的直流电压转换为高频交流电，有效缩小所需变压器铁芯的体积，并经高频变压器二次侧并联的多个线圈实现多路驱动。电力电子元件驱动模块具备AC/DC转换功能，由高频变压器二次侧供电，该模块接收断路器控制模块的指令以实现电力电子器件的导通或闭锁。

[0009] 其优点在于：

[0010] (1)断路器处于闭合状态，接收到关断信号时，电流由主支路流过，将主支路IGBT两端压降经一系列变换后，为转移支路IGBT提供驱动电压，不论是正常工作状态下，还是发生短路后的故障后，该在线取电方案均可实现；

[0011] (2)断路器处于开断状态，接收到闭合信号时，断路器内部电流值为零，但两端电压等于直流系统额定电压。取缓冲支路电容两端电压，经变换后为断路器电力电子器件提供驱动电压；

[0012] (3)在线取电电路采用“取电--DC/DC--DC/AC--磁耦合--AC/DC--多路控制”的模式，实现多路驱动，结构简单，体积小，便于安装，具有工程应用意义。附图说明

[0013] 图1是本发明自取电方法在断路器的控制、驱动电路总示意图。

[0014] 图2是本发明自取电方法在断路器投运时关断的在线取电过程

[0015] 图3是本发明自取电方法在断路器关断时导通转移支路电力电子元件的在线取电过程。

[0016] 图4是本发明自取电方法在断路器关断时欲闭合的操作中，导通主支路电力电子开关的在线取电过程。

具体实施方式

[0017] 以下将结合本发明专利的附图，通过具体实施例对本发明所提出的自取电方法进行说明。

[0018] 图1为本发明专利的控制、驱动电路总示意图。

[0019] 见图2，正常运行时，负载电流从由快速机械开关和辅助开关组成的主支路流过，主支路上的IGBT和电力二极管两端会有3～5V的压降，经DC/DC电路变换后，再由DC/AC电路转化为高频交流电，加于变压器一次侧，变压器二次侧由多线圈并联，再分别经过AC/DC电路转换，施加给控制电路，从而控制转移支路的IGBT。因驱动电路功耗很低(一般小于1W)，故多余电量可存于储能电池。

[0020] 当直流线路发生短路故障、断路器收到开断指令后，先给转移支路IGBT施加导通信号，同时闭锁主支路辅助开关中的IGBT、快速机械开关开始分闸，故障电流逐步从主支路转移到转移支路。待机械开关动作到位后，对转移支路IGBT施加闭锁信号，故障电流转移至MOV(氧化锌避雷器组)支路中消耗至零，故障切除；

[0021] 见图3，断路器断开状态时，其两端承受直流系统额定电压，故取缓冲支路串联的电容两端电压进行DC/DC变换后再经DC/AC电路转化为高频交流，加于变压器一次侧，变压器二次侧由多线圈并联，再分别经过AC/DC电路转换，形成多路控制信号施加给控制电路，从而导通转移支路IGBT。

[0022] 见图4，待主支路快速机械开关闭合到位并维持稳定且线路电流在正常范围内时，利用转移支路中IGBT两端压降，由DC/DC电路升压，再经DC/AC电路转换为高频交流电，经变压器变换后分别施加给主支路IGBT的控制电路，导通主支路，闭锁转移支路IGBT，断路器投运完成。

[0023] 应当指出，本实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非拥有限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

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