CN107766675A - 一种三支路模型直流断路器的仿真电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三支路模型直流断路器的仿真电路及方法，包括：真空机械开关、固态开关元件和限压缓冲吸收仿真支路；所述真空机械开关、所述固态开关元件和所述限压缓冲吸收仿真支路并联连接；所述限压缓冲吸收仿真支路包括：RC缓冲吸收支路和金属氧化物压敏电阻，所述RC缓冲吸收支路和所述金属氧化物压敏电阻并联，解决了现有技术中，缺少针对于直流断路器的仿真电路及对应的仿真方法，因此提供一种直流断路器的仿真电路及对应的仿真方法是本领域技术人员需要解决的技术问题。

Description

一种三支路模型直流断路器的仿真电路及方法
技术领域
本发明涉及电力仿真领域，尤其涉及一种三支路模型直流断路器的仿真电路及方法。
背景技术
在直流系统中，断路器是系统的核心元件，当系统出现故障时可以迅速切断电路，实现隔离，从而保护系统，相比于交流系统，直流系统因为不存在天然过零点，断路器的断开拉弧过程相比于交流系统要困难的多，因此直流断路器的研制也要更困难，其在直流系统中的地位和作用十分重要，考虑到以上情况，研发直流断路器具有技术上的挑战性，而对于直流断路器的研发同样首先需要进行仿真建模分析，但现有技术中，缺少针对于直流断路器的仿真电路及对应的仿真方法，因此提供一种直流断路器的仿真电路及对应的仿真方法是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种三支路模型直流断路器的仿真电路及方法，用于解决现有技术中，缺少针对于直流断路器的仿真电路及对应的仿真方法，因此提供一种直流断路器的仿真电路及对应的仿真方法是本领域技术人员需要解决的技术问题。
本发明提供的一种三支路模型直流断路器的仿真电路，包括：
真空机械开关、固态开关元件和限压缓冲吸收仿真支路；
所述真空机械开关、所述固态开关元件和所述限压缓冲吸收仿真支路并联连接；
所述限压缓冲吸收仿真支路包括：RC缓冲吸收支路和金属氧化物压敏电阻，所述RC缓冲吸收支路和所述金属氧化物压敏电阻并联。
优选地，所述RC缓冲吸收支路包括缓冲电容C和缓冲电阻R；
所述缓冲电容C的值满足第一预设公式，所述第一预设公式为：
其中，t0为转移电流中陡波电流的波前时间，λ为转移过程时间相较于波前时间的裕度系数，IMOV max为固态开关开断的故障电流峰值，Ures为避雷器的测试残压。
优选地，所述缓冲电阻R的值不大于10Ω。
本发明提供的一种三支路模型直流断路器的仿真方法，包括：
S1：当出现短路故障时，发送触发信号至真空机械开关，使得所述真空机械开关开断；
S2：当固态开关开断，且所述真空机械开关开距到位后，发送导通信号至所述固态开关，使得所述固态开关导通；
S3：当所述真空机械开关两端的电压低于所述第一预设电压，且所述真空机械开关的触头电弧熄灭后，发送开断信号至所述固态开关，使得所述固态开关开断。
所述当出现短路故障时，发送触发信号至真空机械开关包括：
获取到流过断路器的电流值，当所述电流值大于短路电流识别值时，发送触发信号至真空机械开关。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供的一种三支路模型直流断路器的仿真电路，包括：真空机械开关、固态开关元件和限压缓冲吸收仿真支路；所述真空机械开关、所述固态开关元件和所述限压缓冲吸收仿真支路并联连接；所述限压缓冲吸收仿真支路包括：RC缓冲吸收支路和金属氧化物压敏电阻，所述RC缓冲吸收支路和所述金属氧化物压敏电阻并联。
本发明中，通过构建包括互相串联的真空机械开关、固态开关元件和限压缓冲吸收仿真支路的三支路模型直流断路器的仿真电路，解决了现有技术中，缺少针对于直流断路器的仿真电路及对应的仿真方法，因此提供一种直流断路器的仿真电路及对应的仿真方法是本领域技术人员需要解决的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种三支路模型直流断路器的仿真电路的一个实施例的结构示意图；
图2为本发明提供的一种三支路模型直流断路器的仿真方法的一个实施例的流程示意图；
图3为本发明提供的一种三支路模型直流断路器的仿真结果的一个示意图；
图4为本发明提供的一种三支路模型直流断路器的仿真结果的另一个示意图；
图5为本发明提供的一种三支路模型直流断路器的仿真结果的另一个示意图；
图6为本发明提供的一种三支路模型直流断路器的仿真结果的另一个示意图；
图7为本发明提供的一种三支路模型直流断路器的仿真结果的另一个示意图；
图8为本发明提供的一种三支路模型直流断路器的仿真结果的另一个示意图；
图9为本发明提供的一种三支路模型直流断路器的仿真结果的另一个示意图；
其中，附图标记如下：
1、固态开关元件；2、RC缓冲吸收支路；3、金属氧化物压敏电阻；4、真空机械开关。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种三支路模型直流断路器的仿真电路，用于解决现有技术中，缺少针对于直流断路器的仿真电路及对应的仿真方法，因此提供一种直流断路器的仿真电路及对应的仿真方法是本领域技术人员需要解决的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当的情况下可以互换。
请参阅图1，本发明实施例提供的一种三支路模型直流断路器的仿真电路，包括：
真空机械开关、固态开关元件和限压缓冲吸收仿真支路；
所述真空机械开关、所述固态开关元件和所述限压缓冲吸收仿真支路并联连接；
需要说明的是，所述固态开关可以由若干个开关元件的串并联而成，开关元件可以选择IGCT、IGBT等元件，以IGBT为例，其动态特性可以通过可变电阻来模拟，主要考虑集电极上电流IC的影响，动态电阻r随IC变化的关系可以通过试验曲线开通关断过程的电气量变化进行拟合。
所述限压缓冲吸收仿真支路包括：RC缓冲吸收支路和金属氧化物压敏电阻，所述RC缓冲吸收支路和所述金属氧化物压敏电阻并联。
其中，所述RC缓冲吸收支路包括缓冲电容C和缓冲电阻R；
所述缓冲电容C的值满足第一预设公式，所述第一预设公式为：
其中，t0为转移电流中陡波电流的波前时间，λ为转移过程时间相较于波前时间的裕度系数，IMOV max为固态开关开断的故障电流峰值，Ures为避雷器的测试残压。
需要说明的是，RC缓冲吸收支路与金属氧化物压敏电阻相并联，两种保护方式相互配合，共同限制主开关支路关断瞬间直流断路器的端电压。
所述缓冲电阻R的值不大于10Ω。
需要说明的是，可以将仿真元件接入直流配电仿真系统，用于配合全系统仿真，若设定系统保护和断路器主开关不动作，仅机械开关触头分离，则断路器两端电压及电弧电阻变化见图3和图4，如果设定断路器按照实际情况开断故障，系统电压电流波形见图5和图6，断路器端电压和内部支路电流波形见图7、图8和图9，从图中可以看出直流断路器能够在5ms内快速开断故障电流，而对于断路器不动作的情形，故障识别后机械开关支路触头分离并出现燃弧过程，断路器两端电压迅速上升至一定值后缓慢上升，电弧电阻缓慢下降，对于断路器动作的情形，可以看到故障识别后瞬间断路器两端电压快速上升，达到某个值后发生电流转移过程，端电压下降到固态开关支路导通压降，经过4.5ms后流过断路器的电流第1次下降为0A。从仿真结果可以看出，断路器能够在5ms内快速开断故障电流，限制故障电流峰值，保护系统设备不被烧毁。
以上是对一种三支路模型直流断路器的仿真电路进行的描述，下面将对用于一种三支路模型直流断路器的仿真方法的一个实施例进行详细的描述。
请参照图2，本发明实施例提供的一种三支路模型直流断路器的仿真方法，包括：
S201：获取到流过断路器的电流值，当所述电流值大于短路电流识别值时，发送触发信号至真空机械开关，使得所述真空机械开关开断；
需要说明的是，故障发生至断路器内部电流开始进行转移，正常运行时，系统处于额定电流状态，出现短路故障后，当识别故障为出短路故障即流过断路器的电流超过短路电流识别值，识别值一般为1.1～1.2In，此时给机械开关发送触发信号，经过一定的延迟时间后，机械开关触头开距达到要求，建立电弧；
S202：当固态开关开断，且所述真空机械开关开距到位后，发送导通信号至所述固态开关，使得所述固态开关导通；
需要说明的是，电流转移开始时刻至固态开关支路开断后，机械开关分离触头开距到位，此时对固态开关支路发出导通信号，固态开关支路导通后，由于机械开关支路的电弧电压大于固态开关支路的导通压降，短路电流从机械开关支路向固态开关支路转移，实现了电流的转移过程。
S203：当所述真空机械开关两端的电压低于所述第一预设电压，且所述真空机械开关的触头电弧熄灭后，发送开断信号至所述固态开关，使得所述固态开关开断。
需要说明的是，当电流完全转移至固态开关支路，即触头间电弧熄灭，且机械开关分离使得机械开关足够耐受开断过电压后，对固态开关发出开断信号，固态开关接收到开断信号后，固态开关电流迅速下降，并转移至限压缓冲吸收支路，限压缓冲吸收支路开始工作，开断过电压迅速上升，当开断过电压上升至大于系统电压后，系统电流开始下降，开断过电压继续迅速上升至限压缓冲吸收支路动作电压后，限压缓冲吸收支路慢慢停止工作，直到电流归零，故障保护过程结束。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，系统和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种三支路模型直流断路器的仿真电路，其特点在于，包括：
真空机械开关、固态开关元件和限压缓冲吸收仿真支路；
所述真空机械开关、所述固态开关元件和所述限压缓冲吸收仿真支路并联连接；
所述限压缓冲吸收仿真支路包括：RC缓冲吸收支路和金属氧化物压敏电阻，所述RC缓冲吸收支路和所述金属氧化物压敏电阻并联。
2.根据权利要求1所述的三支路模型直流断路器的仿真电路，其特征在于，所述RC缓冲吸收支路包括缓冲电容C和缓冲电阻R；
所述缓冲电容C的值满足第一预设公式，所述第一预设公式为：
<mrow> <mi>C</mi> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <mi>&amp;lambda;</mi> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mn>0</mn> </msub> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>M</mi> <mi>O</mi> <mi>V</mi> <mi>max</mi> </mrow> </msub> </mrow> <msub> <mi>U</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
其中，t0为转移电流中陡波电流的波前时间，λ为转移过程时间相较于波前时间的裕度系数，IMOVmax为固态开关开断的故障电流峰值，Ures为避雷器的测试残压。
3.根据权利要求2所述的三支路模型直流断路器的仿真电路，其特征在于，所述缓冲电阻R的值不大于10Ω。
4.一种三支路模型直流断路器的仿真方法，其特征在于，包括：
S1：当出现短路故障时，发送触发信号至真空机械开关，使得所述真空机械开关开断；
S2：当固态开关开断，且所述真空机械开关开距到位后，发送导通信号至所述固态开关，使得所述固态开关导通；
S3：当所述真空机械开关两端的电压低于所述第一预设电压，且所述真空机械开关的触头电弧熄灭后，发送开断信号至所述固态开关，使得所述固态开关开断。
5.根据权利要求4所述的三支路模型直流断路器的仿真方法，其特征在于，所述当出现短路故障时，发送触发信号至真空机械开关包括：
获取到流过断路器的电流值，当所述电流值大于短路电流识别值时，发送触发信号至真空机械开关。
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