CN114287092B - 直流配电系统 - Google Patents

直流配电系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114287092B
CN114287092B CN202080059669.1A CN202080059669A CN114287092B CN 114287092 B CN114287092 B CN 114287092B CN 202080059669 A CN202080059669 A CN 202080059669A CN 114287092 B CN114287092 B CN 114287092B
Authority
CN
China
Prior art keywords
distribution system
current
transformer
power distribution
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202080059669.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114287092A (zh
Inventor
竹内勇人
福野研一
石桥卓治
地道拓志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of CN114287092A publication Critical patent/CN114287092A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114287092B publication Critical patent/CN114287092B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/08Three-wire systems; Systems having more than three wires
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/10Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H02M7/064Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode with several outputs
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

直流配电系统(1)包括变压器(11)、整流装置(12)、有直流电流过的直流母线(13)、从该直流母线分岔的多个直流分岔线(14)、连接到变压器的输入侧的交流断路部(15)、连接在整流装置和直流母线之间的第一直流断路部(16)、以及分别设置在多个直流分岔线中的多个第二直流断路部(17)。而且,将第二直流断路部的切断动作时间设定为短于交流断路部和第一直流断路部的切断动作时间,将变压器的短路阻抗(18)的电感值设定为能够将短路电流限流到整流装置所允许的最大电流值以下的值。

Description

直流配电系统
技术领域
本申请涉及直流配电系统。
背景技术
已知有一种给多个负载提供直流电的直流配电系统。在这种直流配电系统中设置有用于保护整个系统的断路器。在多个负载中的一个负载中发生短路故障的情况下,有时会有过大的短路电流流过,断路器进行切断动作,整个直流配电系统停止。若整个直流配电系统停止,则能正常动作的负载也会停止动作。
公开了一种具有限流电路的直流配电系统,该限流电路为了防止在发生短路故障时整个直流配电系统停止,对短路电流进行限流(例如,参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开平7-186788号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在以往的直流配电系统中,限流电路由电阻和电抗器的串联电路构成。但是,由于短路电流是过大的电流,因此需要增大构成限流电路的电阻以及电抗器的通电容量,存在直流配电系统高成本化以及大型化的问题。
本申请是为了解决上述问题而完成的,其目的在于抑制能够对短路电流进行限流的直流配电系统的高成本化和大型化。
用于解决技术问题的技术手段
本申请所涉及的直流配电系统包括:将输入的交流电转换成不同电压的交流电并输出的变压器;将从该变压器输出的交流电转换为直流电并输出的整流装置;有从该整流装置输出的直流电流过的直流母线;从该直流母线分岔的多个直流分岔线;连接到变压器的输入侧的交流断路部;连接在整流装置和直流母线之间的第一直流断路部;以及分别设置于多个直流分岔线的多个第二直流断路部。而且,第二直流断路部的切断动作时间被设定为短于交流断路部的切断动作时间和第一直流断路部的切断动作时间,变压器的短路阻抗的电感值被设定为当短路电流流过该直流配电系统时能够将流过整流装置的电流限流到整流装置所允许的最大电流值以下的值。
发明效果
由于本申请的直流配电系统中,变压器的短路阻抗的电感值被设定为短路电流流过该直流配电系统时能够将流过整流装置的电流限流到整流装置所允许的最大电流值以下的值,因此不需要用于对短路电流进行限流的限流电路。结果,能抑制直流配电系统的高成本化和大型化。
附图说明
图1是实施方式1的直流配电系统的结构图。
图2是实施方式1的控制装置的结构图
图3是实施方式1的直流配电系统的结构图。
图4是示出在实施方式1的直流配电系统中流动的短路电流的路径的说明图。
图5是实施方式5的直流配电系统的结构图。
图6是示出在实施方式5的直流配电系统中流动的短路电流及迂回电流的路径的说明图。
图7是实施方式6的直流配电系统的结构图。
图8是实施方式6的直流配电系统的结构图。
具体实施方式
下面,参照附图对用于实施本申请的实施方式所涉及的直流配电系统进行详细说明。另外,各图中相同标号示出相同或相当部分。
实施方式1
图1是实施方式1的直流配电系统的结构图。本实施方式的直流配电系统1包括:变压器11,该变压器11将从配电系统2输入的交流电转换为具有不同电压的交流电并输出;整流装置12,该整流装置12将从该变压器11输出的交流电转换为直流电并输出;直流母线13,该直流母线13有从该整流装置12输出的直流电流过;多个直流分岔线14,该多个直流分岔线14从该直流母线13分岔;交流断路部15,该交流断路部15连接到变压器11的输入侧;第一直流断路部16,该第一直流断路部16连接在整流装置12和直流母线13之间;以及多个第二直流断路部17,该多个第二直流断路部17分别设置于多个直流分岔线14。多个负载3分别连接到直流配电系统1的多个直流分岔线14。直流配电系统1具有将从配电系统2输入的交流电转换为直流电并将该直流电分别提供给多个负载3的功能。多个负载3具有与直流配电系统1的直流母线13并联连接的关系。
变压器11包括初级绕组和次级绕组,初级绕组经由交流断路部15连接到配电系统2,次级绕组连接到整流装置12。由于交流断路部15连接到变压器11的初级绕组侧,因此当变压器的绕组发生短路故障时,交流断路部15进行切断动作,因而提高了直流配电系统1的可靠性。
在本实施方式中,交流断路部15、第一直流断路部16和第二直流断路部17例如由具有半导体元件的半导体断路器、通过打开和关闭机械触点来切断电流路径的无熔丝断路器、以及在大电流流过时通过焦耳热熔断导体来切断电流路径的熔断器等构成。另外,通过适当地设计这些断路部,能调整后述的各断路部的切断动作时间。
图2是本实施方式的整流装置12的结构图。本实施方式的整流装置12是二极管整流器,并且是三相桥式整流电路,该三相桥式整流电路包括六个二极管21、输入三相交流电的交流端子22、以及输出直流电的直流端子23。从变压器11输出的三相交流电被输入到交流端子22。整流装置12将输入到交流端子22的三相交流电转换为直流电,经由第一直流断路部16从直流端子23将该直流电输出到直流母线13。将三相交流电转换为直流电的三相桥式整流电路作为本实施方式的整流装置12示出,但是,如果是使用二极管将交流电转换为直流电的二极管整流器,则不限于此。另外,为了实现大电流化,二极管整流器可以根据需要并联连接多个二极管。
变压器11的初级绕组和次级绕组之间的匝数比由直流配电系统1的输出电压、变压器11的初级绕组侧的交流电压、次级绕组侧的交流电压等之间的关系决定。此外,变压器11的初级绕组包括抽头,以使得在配电系统的电压发生变动时,次级绕组的电压恒定。由于二极管整流器不具有直流电压控制功能,因此当从变压器11输入的交流电压随着配电系统的交流电压的变动而变动时,直流配电系统1的输出电压也会变动。假设在直流配电系统1的输出电压变动并且在负载3的动作电压范围外时,负载3无法进行动作。然而,通过在初级绕组上设置抽头,次级绕组侧的交流电压被保持恒定,因此直流配电系统1的输出电压不受配电系统2的电压变动的影响而变为恒定,从而提高了直流配电系统1的可靠性。
一般来说,因为漏磁通分别与初级绕组和次级绕组交链,在变压器中存在短路阻抗。如果使变压器的次级绕组侧短路,从初级绕组提高电压,则电流通过次级绕组。该次级绕组的电流与初级绕组的电流成正比。以额定电压的百分比表示在次级绕组侧达到额定电流时的初级绕组侧的电压的值被定义为短路阻抗。另外,短路阻抗有时也被称为漏泄阻抗、漏阻抗等。
图3是本实施方式的直流配电系统的结构图。在图3中,将变压器11的短路阻抗18与变压器11分开图示。如图3所示,从配电系统2经由变压器11输入到整流装置12的电力经由交流断路部15、变压器11和短路阻抗18输入。
图4是表示在本实施方式的直流配电系统1中流动的短路电流的路径的说明图。图4所示的虚线箭头示出当从直流母线13分岔的多个直流分岔线14中的一个直流分岔线中发生短路故障时从配电系统2流入直流配电系统1的短路电流。如图4中的虚线箭头所示,短路电流从配电系统2经由包含括交流断路部15、短路阻抗18在内的变压器11、整流装置12、第一直流断路部16、直流母线13、直流分岔线14以及第二直流断路部17流向发生短路故障的部位。这时的短路电流I可以通过求解交流电路的过渡现象来算出,用下式表示。
[数学式1]
Figure BDA0003516326130000051
在此,A及
Figure BDA0003516326130000052
由下式定义。
[数学式2]
Figure BDA0003516326130000061
[数学式3]
Figure BDA0003516326130000062
这里,θ为短路故障发生时的相位角,ω为ω=2πf,f为从配电系统2输入的交流电的频率,V为变压器11的次级绕组的线间电压有效值,L为短路电流流过的电流路径的电感值,R为短路电流流过的电流路径的电阻值。但是,在直流配电系统中,为抑制功率损耗,变压器以外的电流路径的寄生电感分量和寄生电阻分量分别被设计为非常小的值。因此,电感值L和电阻值R分别与变压器11的短路阻抗18的电感分量和电阻分量的值大致相同。另外,上述(1)式至(3)式是表示三相交流电的一相电流的数学式,三相交流电被输入直流配电系统时,各相中分别产生相位相差120°的短路电流I。
短路电流I分别与电感值L和电阻值R成反比。通常,在直流配电系统中,由于电流流过电阻分量时会产生电力消耗,因此设计成尽量减小电阻分量。因此,短路电流I的最大值在很大程度上取决于直流配电系统的电感。
当发生短路故障时,从配电系统2提供的短路电流在通过交流断路部15和第一直流断路部16之后通过第二直流断路部17。在这种情况下,若交流断路部15和第一直流断路部16比第二直流断路部17更早地进行切断动作,则无法向直流配电系统的所有直流分岔线14供电。因此,第二直流断路部17需要最快地进行切断动作。通过将第二直流断路部17的切断动作时间设定为短于交流断路部15的切断动作时间和第一直流断路部的切断动作时间,在直流配电系统1中,仅短路故障发生部位的直流分岔线14与供电路径分离,能向其他完好的直流分岔线14供电。结果,提高了直流配电系统1的可靠性。
此外,第一直流断路部16需要切断直流电流,但是通常已知因为不像交流电那样存在电流为零的瞬间,切断直流电的难度比切断交流电要高。因此,假设第一直流断路部16比交流断路部15昂贵。此外,随着要切断的电流容量变大,第一直流断路部16变得昂贵。因此,从成本的观点出发,优选将第一直流断路部16的容量设为低于交流断路部15的容量。结果,第一直流断路部16比交流断路部15更早地进行切断动作。通过这种结构,能抑制直流配电系统1的设备成本的上升。
此外,即使在直流配电系统1中发生短路故障,整流装置12也需要继续供电。换言之,整流装置12需要具有用于提供短路电流的容量,该短路电流进行流动,直到短路故障发生部位的直流分岔线14与供电路径分离为止。由于整流装置12具有用于提供短路电流的容量,因此即使发生短路故障,整流装置12也不会导致故障,并且即使在短路故障发生部位的直流分岔线14与供电路径分离之后,也能向其他完好的直流分岔线14供电。结果,提高了直流配电系统1的可靠性。
一般情况下,对于二极管中发生短路故障等从而有大电流流过的情况,规定了被称为浪涌正向电流等的可通电的电流的上限值。另一方面,短路电流I的最大值在很大程度上取决于直流配电系统的电感。因此,通过决定直流配电系统的电感以使得短路电流I的最大值为二极管可通电的电流值以下,即使在直流配电系统中发生短路故障时,也能避免整流装置的故障。如上所述,直流配电系统的电感与变压器11的短路阻抗18的电感分量相同。因此,通过决定变压器11的短路阻抗18的电感值以使得短路电流I的最大值为二极管可通电的电流值以下,从而能提高直流配电系统的可靠性。
通常直流配电系统内的电流路径的电感比变压器的短路阻抗小很多。为了获得所需的电感,例如,考虑将电感元件连接到整流装置12的输入端子侧或输出端子侧。但是,由于通过连接电感元件,新的电阻分量也会增加,因此直流配电系统的损耗会增加。另外,由于同时追加部件会导致直流配电系统的高成本化以及大型化。
在本实施方式的直流配电系统中,决定变压器的短路阻抗的电感值以使得短路电流的最大值为二极管可通电的电流值以下,因此,在不需要追加的部件的情况下,能抑制直流配电系统的高成本化和大型化。
实施方式2
实施方式2对在实施方式1中说明的直流配电系统中基于由构成二极管整流器的二极管的可通电的电流的上限值决定的最大电流值Id_lim来决定变压器的短路阻抗的电感值的方法进行说明。
已知短路电流的最大值设为Ip,由二极管的可通电的电流的上限值决定的最大电流值设为Id_lim时,Ip可通过以下(4)式得到。另外,若考虑到Ip为Id_lim以下,则变压器短路阻抗的电感值L可由(5)式确定。
[数学式4]
Figure BDA0003516326130000081
[数学式5]
Figure BDA0003516326130000082
其中,t1用下式来进行计算。
[数学式6]
Figure BDA0003516326130000091
这里,θ是短路故障发生时的相位角,ω是ω=2πf,f是从配电系统2输入的电力的频率,V是变压器11的次级绕组的线间电压有效值,R是短路电流流过的电流路径的电阻值。另外,
Figure BDA0003516326130000094
由实施方式1的(3)式表示。
另外,在(5)式和(6)式中,关于三角函数和指数函数,通过进行到2次项为止的麦克劳林展开,L和t1可以用以下的(7)式和(8)式分别近似地计算出来。
[数学式7]
Figure BDA0003516326130000092
[数学式8]
Figure BDA0003516326130000093
另外,为了实现高效率的直流配电系统,直流配电系统的电流路径的电阻值R被设计得较小,因此如果忽略R,则(4)式和(5)式分别可以近似为以下的(9)式和(10)式。
[数学式9]
Figure BDA0003516326130000101
[数学式10]
Figure BDA0003516326130000102
也就是说,通过将变压器11的短路阻抗的电感值L设定为满足(8)式或(10)式的值,则在不需要追加的部件的情况下,能将短路故障发生时流过的短路电流抑制到二极管可通电的电流以下。结果,能抑制直流配电系统的高成本化和大型化。
实施方式3
在实施方式1的直流配电系统中,短路电流与电感成反比。并且,在实施方式2中,基于由二极管的可通电的电流的上限值决定的最大电流值Id_lim,决定了变压器的短路阻抗的电感值L。但是,若增加变压器的短路阻抗,则一般会增加变压器中的损耗,因此直流配电系统的效率有时会降低。此外,为了增大短路阻抗,需要通过增加变压器的初级绕组和次级绕组的匝数,或者增加在初级绕组和次级绕组之间的空间距离来增加漏磁通。因此,增加变压器的短路阻抗会使变压器本身变大。因此,有时变压器的短路阻抗也存在上限值。
实施方式3对在实施方式1中说明的直流配电系统中,基于变压器的短路阻抗的电感值来决定构成二极管整流器的二极管的最大电流值Id_lim的方法进行说明。
当变压器短路阻抗的电感值为L时,最大电流值Id_lim为短路电流的最大值Ip以上即可,因此Id_lim满足下式(11)即可。这个(11)式可以从(4)式中导出。
[数学式11]
Figure BDA0003516326130000111
通过在决定变压器的短路阻抗的电感值L时,使用具有满足式(11)的最大电流值Id_lim的二极管,从而不需要使用短路阻抗电感值过大的变压器。结果,既不增加变压器中的损耗,也不需要使变压器大型化。结果,能抑制直流配电系统的高成本化和大型化。
实施方式4
在为了抑制短路电流而增大变压器的短路阻抗的电感值时,电感值越大,变压器的电压变动率越大。实施方式4对在实施方式1中说明的直流配电系统中基于变压器的电压变动率决定短路阻抗的电感值的方法进行说明。
变压器的电压变动率ε是指以额定负载时的次级绕组的绕组间电压V2n为基准求出的无负载时的次级绕组的绕组间电压V20的值,可以用以下的(12)式表示。
[数学式12]
Figure BDA0003516326130000112
其中,I2n为额定负载时的电流,α为功率因数角,r为变压器的短路阻抗中的电阻分量。
变压器的电压变动会对整流装置所输出的直流电压产生较大影响。例如,若电压变动率变大,则直流配电系统的电压变动也变大,也会发生直流配电系统的输出电压偏离负载要求的直流电压范围的情况。因此,变压器的电压变动会对直流配电系统的可靠性造成影响。因此,变压器的电压变动率ε需要在直流配电系统所能允许的电压变动率εlim以下。具体来说,变压器的短路阻抗的电感值L需要设为满足以下的(13)式的值。
[数学式13]
Figure BDA0003516326130000121
另外,如实施方式1中说明的那样,变压器的电阻分量r足够小,因此若忽略r,则(13)式可以近似为以下的(14)式。
[数学式14]
Figure BDA0003516326130000122
通过决定变压器的短路阻抗的电感值以使得满足上述条件,从而能实现电压变动较小的直流配电系统。
并且,若组合实施方式2的(5)式和(13)式,则可以得到以下的(15)式。
[数学式15]
Figure BDA0003516326130000131
通过决定变压器短路阻抗的电感值以使得满足上述条件,从而能使短路电流的最大值为二极管能够通电的电流值以下,并且能得到电压变动较小的直流配电系统。
实施方式5
在直流配电系统中,可以设想在输出侧并联连接有多个负载。在这种情况下,某一负载的动作电压有时也会与其他负载的动作电压不同。转换直流电的电压的功率转换装置和用于稳定该功率转换装置的输入侧的直流电压的直流电容器有时会连接在连接有与其他负载的动作电压不同的负载的直流分岔线上。直流电容器的容量例如为数百μF至数mF。
图5是示出实施方式5的直流配电系统的结构图。如图5所示,功率转换装置31连接到多个直流分岔线14中的一个直流分岔线的第二直流断路部17的输出侧。此外,直流电容器32连接到功率转换装置31的输入侧。
图6是示出在本实施方式的直流配电系统中发生短路故障时流过的电流的路径的说明图。图6所示的虚线的箭头表示当从直流母线13分岔的多个直流分岔线14中的一个直流分岔线中发生短路故障时从配电系统2流入直流配电系统1的短路电流。此外,图6所示的点划线的箭头表示在发生短路故障时从直流电容器32流入直流母线13的短路电流。这种从其他直流分岔线经由直流母线13流过短路故障发生部位的电流也称为迂回电流。该迂回电流是由于短路故障而存储在直流电容器32中的电荷放电而流出的电流,从直流电容器32经由第二直流断路部17、直流分岔线14、直流母线13、直流分岔线14和第二直流断路部17流到发生短路故障的部位。
在本实施方式的直流配电系统中,如实施方式1中说明的那样,通过在短路故障发生部位的第二直流断路部17进行切断动作,能切断来自配电系统2的短路电流,交流断路部15和第一直流断路部16不进行切断动作的情况下,能继续从整流装置12向直流母线13供给直流电。然而,迂回电流通过设置于连接有直流电容器32的直流分岔线14的第二直流断路部17,经由直流母线13流到短路故障的发生部位。此时,设置于连接有直流电容器32的直流分岔线14的第二直流断路部17也可能由于迂回电流而进行切断动作。若该第二直流断路部17进行切断动作,则即使没有发生短路故障,连接有直流电容器32的直流分岔线14也与供电路径分离。
在本实施方式中,规定设置于连接有直流电容器32的直流分岔线14的第二直流断路部17的切断动作的开始电流值,以使得在发生短路故障时不需要的直流分岔线14不会由于迂回电流而与供电路径分离。
在本实施方式中,迂回电流Ic可以通过以下的(16)式求得。
[数学式16]
Figure BDA0003516326130000141
这里,Vdc是直流电容器32的电压,Cdc是直流电容器32所具有的静电容量,Rc是包含直流电容器32的内部电阻在内的迂回电流的电流路径中的电阻分量的合计值。因此,设置于连接有直流电容器32的直流分岔线14的第二直流断路部17不以通过(16)式求出的电流值进行切断动作,而以通过实施方式1的(1)式求出的短路电流来进行切断动作。
在这样构成的直流配电系统中,即使功率转换装置31和直流电容器32连接到多个直流分岔线14中的一个直流分岔线,不需要的直流分岔线14也不会由于因短路故障的发生而产生的迂回电流而与供电路径分离。结果,能提高直流配电系统的可靠性。
实施方式6
图7是示出实施方式6的直流配电系统的结构图。在本实施方式的直流配电系统1中,交流断路部15、第一直流断路部16和第二直流断路部17分别由无熔丝断路器构成。无熔丝断路器与熔断器不同,是通过打开和闭合机械触点来切断电流路径的断路器,切断后可以再接通以及反复切断。此外,无熔丝断路器及熔断器在正常时使电阻较小的导体导通,而半导体断路器使半导体导通。因此,对于无熔丝断路器和熔断器,半导体断路器在稳定时产生的损耗变大。因此,如本实施方式那样,通过分别由无熔丝断路器构成交流断路部15、第一直流断路部16和第二直流断路部17,能减小稳定时的损耗,从而实现高效率的直流配电系统1。此外,在这样构成的直流配电系统1中,即使发生短路故障等从而交流断路部15、第一直流断路部16和第二直流断路部17中的任一个进行切断动作,也能够在消除故障的原因之后迅速地重新启动直流配电系统1,因而提高了直流配电系统1的运转率。
图8是本实施方式的另一直流配电系统的结构图。在图8所示的直流配电系统1中,由无熔丝断路器构成交流断路部15,由熔断器构成第二直流断路部17。除此以外的结构与实施方式1的直流配电系统的结构相同。通常,由于熔断器的切断动作比无熔丝断路器的切断动作要快,因此第二直流断路部17的切断动作比交流断路部15的切断动作要快。此外,在图8所示的直流配电系统1中,第一直流断路部16设为无熔丝断路器或熔断器。如实施方式1中说明的那样,优选第二直流断路部17的切断动作时间被设定为最短,交流断路部15的切断动作时间被设定为最长。因此,优选地,第一直流断路部16的切断动作被设定为比第二直流断路部17的切断动作要慢,并且比交流断路部15的切断动作要快。
如此构成的直流配电系统中,由于第二直流断路部最快地进行切断动作,因此只有短路故障发生部位的直流分岔线与供电路径分离,在其他完好的直流分岔线能继续供电。结果,提高了直流配电系统的可靠性。
本申请记载了各种例示的实施方式,但1个或多个实施方式中记载的各种特征、形态及功能并不限于特定实施方式的应用,可单独或以各种组合来应用于实施方式。
因此,在本申请所公开的技术范围内可以设想无数未举例示出的变形例。例如,设为包括对至少一个构成要素进行变形、添加或省略的情况,以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素进行组合的情况。
标号说明
1 直流配电系统,2 配电系统,11 变压器,12 整流装置,13 直流母线,14 直流分岔线,15 交流断路部,16 第一直流断路部,17 第二直流断路部,18 短路阻抗,21 二极管,22 交流端子,23 直流端子,31 功率转换装置,32 直流电容器。

Claims (10)

1.一种直流配电系统,包括:
将输入的交流电转换成不同电压的交流电并输出的变压器;
将从该变压器输出的所述交流电转换为直流电并输出的整流装置;
有从该整流装置输出的直流电流过的直流母线;
从该直流母线分岔的多个直流分岔线;
连接到所述变压器的输入侧的交流断路部;
连接在所述整流装置和所述直流母线之间的第一直流断路部;以及
分别设置于多个所述直流分岔线的多个第二直流断路部,所述直流配电系统的特征在于,
将所述第二直流断路部的切断动作时间设定为短于所述交流断路部的切断动作时间和所述第一直流断路部的切断动作时间,
将所述变压器的短路阻抗的电感值设定为当短路电流流过所述直流配电系统时能够将流过所述整流装置的电流限流到所述整流装置所允许的最大电流值以下的值。
2.如权利要求1所述的直流配电系统,其特征在于,
所述整流装置是二极管整流器,
所述整流装置所允许的最大电流值是由构成所述二极管整流器的二极管的可通电的电流的上限值决定的最大电流值。
3.如权利要求2所述的直流配电系统,其特征在于,
构成所述二极管整流器的多个二极管并联连接。
4.如权利要求2或3所述的直流配电系统,其特征在于,
当输入到所述变压器的交流电的频率设为f、所述变压器输出侧的线间电压有效值设为V、所述变压器的短路阻抗中的电阻值与所述直流母线的寄生电阻值和所述直流分岔线的寄生电阻值的合计值设为R、由所述二极管的可通电的电流的上限值决定的最大电流值设为Id_lim时,ω=2πf,所述变压器的短路阻抗中的电感值L满足下式,
[数学式17]
Figure FDA0003516326120000021
其中,t1以及
Figure FDA0003516326120000025
分别用下式算出,
[数学式18]
Figure FDA0003516326120000022
[数学式19]
Figure FDA0003516326120000023
5.如权利要求2所述的直流配电系统,其特征在于,
所述变压器的电压变动率为所述直流配电系统能够允许的电压变动率以下。
6.如权利要求5所述的直流配电系统,其特征在于,
当输入所述变压器的交流电的频率设为f、所述变压器的输出侧的线间电压有效值设为V、所述变压器的额定负载时的次级绕组的绕组间电压设为V2n、额定负载时的电流设为I2n、功率因数角设为α、所述变压器的短路阻抗中的电阻值与所述直流母线的寄生电阻值以及所述直流分岔线的寄生电阻值的合计值设为R、由所述二极管的可通电的电流的上限值决定的最大电流值设为Id_lim、所述直流配电系统能够允许的电压变动率设为εlim、所述变压器的电阻值设为r时,ω=2πf,所述变压器的短路阻抗中的电感值L满足下式,
[数学式20]
Figure FDA0003516326120000024
其中,t1以及
Figure FDA0003516326120000033
分别用下式算出,
[数学式21]
Figure FDA0003516326120000031
[数学式22]
Figure FDA0003516326120000032
7.如权利要求1所述的直流配电系统,其特征在于,
多个所述直流分岔线中的至少一个直流分岔线包括功率转换装置和连接到该功率转换装置的输入侧的直流电容器。
8.如权利要求7所述的直流配电系统,其特征在于,
当短路电流流过连接有所述功率转换装置的直流分岔线以外的直流分岔线时,设置于连接有所述功率转换装置的直流分岔线的多个所述第二直流断路部不会由于从所述直流电容器流出的迂回电流而进行切断动作。
9.如权利要求1所述的直流配电系统,其特征在于,
所述交流断路部、第一直流断路部和多个所述第二直流断路部是无熔丝断路器。
10.如权利要求1所述的直流配电系统,其特征在于,
所述交流断路部是无熔丝断路器,并且多个所述第二直流断路部是熔断器。
CN202080059669.1A 2019-09-02 2020-06-05 直流配电系统 Active CN114287092B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-159252 2019-09-02
JP2019159252 2019-09-02
PCT/JP2020/022249 WO2021044686A1 (ja) 2019-09-02 2020-06-05 直流配電システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114287092A CN114287092A (zh) 2022-04-05
CN114287092B true CN114287092B (zh) 2023-06-16

Family

ID=74853142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080059669.1A Active CN114287092B (zh) 2019-09-02 2020-06-05 直流配电系统

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11824353B2 (zh)
JP (1) JP7203236B2 (zh)
CN (1) CN114287092B (zh)
DE (1) DE112020004142T5 (zh)
WO (1) WO2021044686A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230178975A1 (en) 2020-05-18 2023-06-08 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Power supply system, protection coordination method and program
CN114243664A (zh) * 2021-11-30 2022-03-25 深圳供电局有限公司 故障限流电路及直流配电网系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0429525A (ja) * 1990-05-23 1992-01-31 Meidensha Corp 直流給電方式
CN102820768A (zh) * 2011-06-09 2012-12-12 富士电机株式会社 电力转换装置
JP6147402B1 (ja) * 2016-09-14 2017-06-14 一穂 松本 直流配電システム
JP6234647B1 (ja) * 2016-06-21 2017-11-22 三菱電機株式会社 直流電気回路保護装置およびアーク検出方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2684250B1 (fr) * 1991-11-27 1994-04-01 Merlin Gerin Systeme de distribution d'energie electrique de haute qualite.
JP3358264B2 (ja) 1993-12-28 2002-12-16 株式会社日立製作所 直流給電回路
JP2009178031A (ja) * 2007-12-25 2009-08-06 Panasonic Electric Works Co Ltd 直流配電システム
JP4838838B2 (ja) * 2007-12-25 2011-12-14 パナソニック電工株式会社 直流配電システム
EP2237330B1 (en) * 2007-12-25 2015-02-25 Kyocera Corporation Light emitting device
JP5486180B2 (ja) * 2008-12-01 2014-05-07 株式会社日立製作所 直流配電システムおよびその制御方法
JP2011130636A (ja) 2009-12-21 2011-06-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 電流分配装置
US10381829B2 (en) * 2014-05-08 2019-08-13 Astronics Advanced Electronic Systems Corp. Direct current power distribution and fault protection
WO2016042601A1 (ja) * 2014-09-16 2016-03-24 三菱電機株式会社 風力発電システムおよび直流送電システム
DE112017003081T5 (de) * 2016-06-21 2019-03-14 Mitsubishi Electric Corporation Schutzvorrichtung für eine elektrische dc-schaltung und lichtbogen-detektionsverfahren
US10389447B1 (en) 2018-06-08 2019-08-20 Ciena Corporation Dimensional transformation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0429525A (ja) * 1990-05-23 1992-01-31 Meidensha Corp 直流給電方式
CN102820768A (zh) * 2011-06-09 2012-12-12 富士电机株式会社 电力转换装置
JP6234647B1 (ja) * 2016-06-21 2017-11-22 三菱電機株式会社 直流電気回路保護装置およびアーク検出方法
JP6147402B1 (ja) * 2016-09-14 2017-06-14 一穂 松本 直流配電システム

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2021044686A1 (zh) 2021-03-11
JP7203236B2 (ja) 2023-01-12
DE112020004142T5 (de) 2022-05-12
US20220247173A1 (en) 2022-08-04
CN114287092A (zh) 2022-04-05
US11824353B2 (en) 2023-11-21
WO2021044686A1 (ja) 2021-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10326395B2 (en) System and method for magnetizing a transformer in an electrical system prior to energizing the electrical system
CN114287092B (zh) 直流配电系统
JP5955484B1 (ja) コンバータユニットシステム及びコンバータユニット
US20090230933A1 (en) Hybrid on-load tap changer and a method of operating the same
KR101999638B1 (ko) 조정 변압기
EP3096435A1 (en) Uninterruptable power supply system with fault clear capability
JP2017118806A (ja) 電力変換装置および制御方法
CN111433989B (zh) 具有集成固态接触器和继电器的电动机控制系统及其操作方法
CN112970161A (zh) Ac/dc转换器布置
CN113678337B (zh) 电池逆变器系统
JP6069073B2 (ja) 限流装置
EP2343620B1 (en) Alternating voltage stabiliser with protection elements (embodiments)
KR20180099431A (ko) 교류 및 직류용 이중 ?치 한류 장치
JP7271788B2 (ja) 直流配電システム
RU2159980C1 (ru) Способ токовой направленной защиты двух параллельных линий трехфазной электрической установки и устройство для его реализации
CN110100364B (zh) 电感元件的保护
RU2284084C2 (ru) Устройство ограничения параметров электромагнитных процессов в высоковольтных сетях
EP2498360A1 (en) DC electrical power system
JP2001286154A (ja) 電力変換装置
Adediran et al. The modeling and simulation of a shipboard power system in ATP
CN115004531A (zh) 电气组合件
SE436530B (sv) Lindningskopplare
JP2005192318A (ja) 三相変圧器投入方法および装置
JP2003219646A (ja) 電気回路
JP2004023883A (ja) 電圧補償装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant