CN211556845U - 一种基于直流电压双向dc/dc变换的电子直流断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于直流电压双向DC/DC变换的电子直流断路器，包括：两个结构参数完全相同的、镜像对称设置的直流电压双向DC/DC变换电路I和直流电压双向DC/DC变换电路II，还包括开关缓冲单元I和开关缓冲单元II；该电路既可以实现两段电压相等直流母线的并列运行与快速保护，也可实现两段电压不相等直流母线的电压匹配并列运行与快速保护，还可以通过此电子直流断路器，实现从有源的直流母线给临时缺失电源的无源直流母线供电与快速保护，实现直流系统双母线互为备用与故障保护。

Description

一种基于直流电压双向DC/DC变换的电子直流断路器

技术领域

本实用新型涉及一种电子直流断路器，尤其涉及一种直流系统中既可连接两段电压相等的直流母线，又可连接两段电压不相等的直流母线,且在任一段直流母线故障时可进行快速分断保护的电子直流断路器。

背景技术

直流系统广泛应用于电厂、变电站和其它使用直流设备的场合，特别在轨道交通机车车辆和混合动力与纯电池动力船舶上直流电力系统更为常见。

直流系统比交流系统具有很多优势。

在系统控制上直流系统相对简单，例如直流供配电系统只受电压幅值的影响，只需要控制电压幅值一个物理量，而交流系统则相对复杂些，例如交流供配电系统要同时受到频率、相位和电压幅值的影响。

在电能输送传递上直流系统损耗更小、效率更高、电能质量更好、更便于实现分布式电源互联，而交流系统的无功功率、集肤效应、线损等给交流输配电带来很多负面的影响，因而借助现代电力电子技术，高压直流输电工程、直流系统供配电成了热门的话题。

在直流供配电系统设计时，为保证供电的可靠性，对一些重要的用电设备采用独立的电源(诸如蓄电池或整流电源输出)供电，例如一路独立的直流电源给一个或一组设备供电，另一路独立的直流电源给另一个或另一组设备供电，一路电源的故障只影响自身所带的设备。这两路直流电源的配电母线通常称为1段母线和2段母线。

为了进一步提高设备供电的可靠性，将两段直流母线1段和2段通过直流断路器连接起来，使两段直流母线1段和2段并列运行。当某一直流电源故障时，将它与所连接的那段母线断开，它所供电的设备由另一段母线通过“母联”继续供电。而当某一段母线上的设备出现问题导致该段母线发生短路故障时，连接两段直流母线1段和2段的直流断路器立即分断，使故障的直流母线与正常的直流母线分离开，避免故障的扩大。

因此，一方面要求连接两段直流母线1段和2段的直流断路器要有足够的容量，在某一电源故障时能满足故障电源所带设备的容量需求。另一方面要求连接两段直流母线1段和2段的直流断路器要有快速的分断特性，在某一段母线出现短路故障时能快速将其甩掉，以免影响正常母线上设备运行。

交流电流有周期性的过零点，使交流电路带负载分断很容易实现，而直流电流由于没有过零点，直流电路带负载分断不比交流电路，某段直流母线短路后，流经直流断路器的电流急剧增加，超负荷的直流电流分断更困难，一旦分断失败会带来灾难性的后果。

现有机械有触点直流断路器体积庞大，开关动作较慢，动作时间长达数百毫秒，分断短路电流时其电流可能已经达到峰值，灭弧非常困难。另外，使用这种直流断路器只能连接电压值相等的两段直流母线，如果需要将电压不相等的两段直流母线连接起来并列运行，这种直流断路器就无能为力了。因此，研发无触点的电子直流断路器成为必然。

实用新型内容

借助现代电力电子技术，基于直流双向DC/DC变换的电子直流断路器方案应运而生，采用两个结构参数完全相同的、镜像对称设置的直流电压双向DC/DC变换电路，构成如图1所示的电子直流断路器。图1中的对外连接端子P11(+)、N11(-)可连接1段直流母线，图1中的对外连接端子P21(+)、N21(-)可连接2段直流母线。

通过适当控制直流电压双向DC/DC变换电路中的IGBT，可以使电压值相等的直流母线1段和2段相联通，使两段直流母线互为备用，并列运行。当某段直流母线出现短路故障时，电流传感器监视的电流会触发电子直流断路器的控制系统立即关断IGBT，使两段直流母线在100us-150us之内立即阻断，实现短路故障的及时保护。

同样，通过适当控制直流电压双向DC/DC变换电路中的IGBT，可以使电压值不相等的直流母线1段和2段，通过电子直流断路器的两个双向DC/DC变换器进行“降压变换”和“升压变换”，实现两段直流母线的电平匹配连接。同理，当某段直流母线出现短路故障时，电流传感器监视的电流会触发电子直流断路器的控制系统立即关断IGBT，使两段直流母线在100us-150us之内立即阻断，实现短路故障的及时保护。

上述直流电压双向DC/DC变换电路理论上实现了无触点固态开关的连接与分断功能，在切断短路电流时，因为没有机械触点，故不存在灭弧问题。但是，作为一台可靠实用、运行操作安全的电子开关设备，具有可见合、分点的外部连接开关还是必不可少的，另外，双向DC/DC变换电路中的电容器Cd11、Cd12、Cd21、Cd22在设备初始上电时还需要充电限流处理，图1中的开关缓冲单元就是为设备外部连接与预充电而设计的。设备正常使用时，首先由开关缓冲单元的预充电支路给双向DC/DC变换电路的电容器Cd11、Cd12、Cd21、Cd22充电，充电结束后断开预充电支路，闭合主供电支路，然后通过控制两个双向DC/DC变换电路中的IGBT实现两段直流母线的并列运行。在任意一段直流母线发生短路故障时，首先通过控制IGBT实现两段直流母线的无触点带载分断，然后通过开关缓冲单元的主接触器实现两段直流母线的不带载隔离，由于之前双向DC/DC变换电路中的IGBT已经将电流阻断了，此时主接触器可轻松实现电子直流断路器对两段直流母线的分断隔离。

上述电子直流断路器方案，技术先进、性能优异及市场需求巨大。

本实用新型公开了一种基于直流电压双向DC/DC变换的电子直流断路器，具体包括：两个结构参数完全相同的、镜像对称设置的直流电压双向DC/DC变换电路I和直流电压双向DC/DC变换电路II，还包括开关缓冲单元I和开关缓冲单元II；

所述直流电压双向DC/DC变换电路I包括串联设置的等值电容器ICd11和等值电容器II、以及四个串联设置同规格的第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT；所述等值电容器I和等值电容器II与四个串联设置的第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT并联连接；其中等值电容器I和等值电容器II的中间点和上述四个IGBT串联支路的中间点相连接；所述直流电压双向DC/DC变换电路I的低电压侧输出正(+)端接在第一IGBT和第二IGBT的连接点，直流电压双向DC/DC变换电路I的负(-)端接在第三IGBT和第四IGBT的连接点；

所述直流电压双向DC/DC变换电路II包括串联设置的等值电容器III和等值电容器IV以及四个串联设置同规格的第五IGBT、第六IGBT、第七IGBT、第八IGBT；所述串联设置的等值电容器III和等值电容器IV与四个串联的第五IGBT、第六IGBT、第七IGBT、第八IGBT并联连接；其中等值电容器III和等值电容器IV的中间点和第五IGBT、第六IGBT、第七IGBT、第八IGBT串联支路的中间点相连接；所述直流电压双向DC/DC变换电路II的低电压侧输出正(+)端接在第五IGBT、第六IGBT的连接点，所述直流电压双向DC/DC变换电路II的低电压侧负(-)端接在第七IGBT、第八IGBT的连接点；

所述开关缓冲单元I包括正极供电支路、预充电支路I和预充电支路II，所述正极供电支路由第一熔断器和主接触器Q1的1-2触点串联组成，所述预充电支路I由电阻R11和预充电控制接触器S1的1-2触点串联组成，预充电支路与主接触器Q1的1-2触点并联设置，开关缓冲单元I的正极支路其P11作为外部连接的正(+)端子；所述开关缓冲单元I的负极供电支路由第二熔断器和主接触器Q1的3-4触点串联组成，所述预充电支路II由电阻R12和预充电控制接触器S1的3-4触点串联组成，预充电支路II与主接触器Q1的3-4触点并联设置，开关缓冲单元I的负极支路其N11作为外部连接的负(-)端子；

所述开关缓冲单元II包括第二正极供电支路、第一预充电支路、第二预充电支路，所述第二正极供电支路由第三熔断器和主接触器Q2的1-2触点串联组成，第一预充电支路由电阻R21与预充电控制接触器S2的1-2触点串联组成，第一预充电支路与主接触器Q2的1-2触点并联设置，开关缓冲单元II的正极支路其P21作为外部连接的正(+)端子；开关缓冲单元II的负极供电支路由第四熔断器和主接触器Q2的3-4触点串联组成，第二预充电支路由电阻R22与预充电控制接触器S2的3-4触点串联组成，第二预充电支路与主接触器Q2的3-4触点并联，开关缓冲单元II的负极支路其N21作为外部连接的负(-)端子。

所述直流电压双向DC/DC变换电路I的低电压侧输出正(+)端与直流电压双向DC/DC变换电路II的低电压侧输出正(+)端通过第一滤波电感相连接，所述直流电压双向DC/DC变换电路I的低电压侧负(-)端与直流电压双向DC/DC变换电路II的低电压侧负(-)端通过第二滤波电感相连接；所述第一滤波电感和第二滤波电感的参数相同、通过同一个铁芯磁路耦合,第一滤波电感的支路上设置第一电流传感器CT1，第二滤波电感支路设置第二电流传感器CT2。

由于采用了上述技术方案，本实用新型提供的一种基于直流电压双向DC/DC变换的电子直流断路器，该电路既可以实现两段电压相等直流母线的并列运行与快速保护，也可实现两段电压不相等直流母线的电压匹配并列运行与快速保护，还可以通过此电子直流断路器，实现从有源的直流母线给临时缺失电源的无源直流母线供电与快速保护，实现直流系统双母线互为备用与故障保护。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：电子直流断路器电路原理图；

图2：电子直流断路器连接两段电压相等的直流母线时，电流路径之一；

图3：电子直流断路器连接两段电压相等的直流母线时，电流路径之二；

图4：IGBT V11和V14门极PWM驱动信号高电平期间，电子直流断路器电流路径示意；

图5：IGBT V11和V14门极PWM驱动信号低电平期间，电子直流断路器电流路径示意；

图6：IGBT V22和V23门极PWM驱动信号高电平期间，电子直流断路器电流路径示意；

图7：IGBT V22和V23门极PWM驱动信号低电平期间，电子直流断路器电流路径示意；

图8：电子直流断路器连接两段电压相等的直流母线时，2段直流母线短路示意；

图9：电子直流断路器连接两段电压相等的直流母线时，1段直流母线短路示意；

图10：电子直流断路器连接两段电压不相等的直流母线且Ud1>Ud2时，2段直流母线短路示意；

图11：电子直流断路器连接两段电压不相等的直流母线且Ud1<Ud2时，2段直流母线短路示意。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1所示的一种基于直流电压双向DC/DC变换的电子直流断路器，包括两个结构参数完全相同的、镜像对称设置的直流电压双向DC/DC变换电路I1和直流电压双向DC/DC变换电路II 2、还包括开关缓冲单元I 3和开关缓冲单元II 4。

其中直流电压双向DC/DC变换电路I1包括串联设置的两个等值电容器即等值电容器I Cd11和等值电容器II Cd12、以及四个串联设置同规格的第一IGBT V11、第二IGBTV12、第三IGBT V13和第四IGBT V14，其中两个串联的等值电容器I Cd11和等值电容器IICd12与四个串联设置的第一IGBT V11、第二IGBTV12、第三IGBT V13、第四IGBT V141并联，其中等值电容器I Cd11和等值电容器II Cd12的中间点和四个IGBT串联支路的中间点相连接。

直流电压双向DC/DC变换电路I1的低电压侧输出正(+)端P12引自两个IGBT(第一IGBT V11和第二IGBT V12)的连接点即V11的e端(也是V12的c端)、负(-)端N12引自两个IGBT(第三IGBT V13和第四IGBT V14)的连接点即V13的e端(也是V14的c端)

直流电压双向DC/DC变换电路II 2包括等值电容器III Cd21和等值电容器IVCd22和四个串联设置同规格的IGBT(即第五IGBT V21、第六IGBT V22、第七IGBT V23、第八IGBT V24)，所述两个串联的等值电容器与四个串联的IGBT(V21、V22、V23、V24)并联设置，等值电容器III Cd21和等值电容器IV Cd22的中间点和四个IGBT(即V21、V22、V23、V24)串联支路的中间点相连接；

直流电压双向DC/DC变换电路II 2的低电压侧输出正(+)端P22引自两个IGBT(第五IGBT V21、第六IGBT V22)的连接点即V21的e端(也是V22的c端)、负(-)端N22引自两个IGBT(第七IGBT V23、第八IGBT V24)的连接点即V23的e端(也是V24的c端)；

进一步的，所述直流电压双向DC/DC变换电路I1的低电压侧输出正(+)端P12与直流电压双向DC/DC变换电路II 2的低电压侧输出正(+)端P22通过第一滤波电感Ld1相连接，所述直流电压双向DC/DC变换电路I1的低电压侧负(-)端N12与直流电压双向DC/DC变换电路II 2的低电压侧负(-)端N22通过第二滤波电感Ld2相连接；所述第一滤波电感Ld1和第二滤波电感Ld2的参数相同、通过同一个铁芯磁路耦合,第一滤波电感Ld1的支路上设置第一电流传感器CT1，第二滤波电感Ld2支路设置第二电流传感器CT2。

所述开关缓冲单元I 3包括正极供电支路、预充电支路I和预充电支路II，所述正极供电支路由第一熔断器F11和主接触器Q1的1-2触点串联组成，所述预充电支路由电阻R11和预充电控制接触器S1的1-2触点串联组成，预充电支路与主接触器Q1的1-2触点并联设置，开关缓冲单元I3的正极支路其P11作为外部连接的正(+)端子；所述开关缓冲单元I3的负极供电支路由第二熔断器(F12)和主接触器Q1的3-4触点串联组成，所述预充电支路II由电阻R12和预充电控制接触器S1的3-4触点串联组成，预充电支路II与主接触器Q1的3-4触点并联设置，开关缓冲单元I 3的负极支路其N11作为外部连接的负(-)端子；

所述开关缓冲单元II 4包括第二正极供电支路、第一预充电支路、第二预充电支路，所述第二正极供电支路由第三熔断器F21和主接触器Q2的1-2触点串联组成，第一预充电支路由电阻R21与预充电控制接触器S2的1-2触点串联组成，第一预充电支路与主接触器Q2的1-2触点并联设置，开关缓冲单元II4的正极支路其P21作为外部连接的正(+)端子；开关缓冲单元II 4的负极供电支路由第四熔断器F22和主接触器Q2的3-4触点串联组成，第二预充电支路由电阻R22与预充电控制接触器S2的3-4触点串联组成，第二预充电支路与主接触器Q2的3-4触点并联，开关缓冲单元II 4的负极支路其N21作为外部连接的负(-)端子。

本电路的几种工作情况：

1.电子直流断路器预充电

主电路上电前，开关缓冲单元I 3和开关缓冲单元II 4中的主接触器Q1、Q2和预充电控制接触器S1、S2都处于分断状态，直流电压双向DC/DC变换电路I和II中的所有IGBT(V11、V12、V13、V14、V21、V22、V23、V24)都被控制在关断状态。主电路上电时，首先预充电控制接触器S1、S2合闸(主接触器Q1和Q2处于分闸)，直流电压Ud1通过电阻R11和R12给电容Cd11和Cd12充电，直流电压Ud2通过电阻R21和R22给电容Cd21和Cd22充电，当电容Cd11和Cd12上电压接近Ud1、电容Cd21和Cd22上电压接近Ud2时，控制主接触器Q1和Q2合闸、预充电控制接触器S1和S2分闸，完成了电子直流断路器的上电预充电过程，以下在预充电完成情况下讨论几种工作情况。

2.电子直流断路器连接电压相等的两段直流母线并列运行与短路保护

直流电压双向DC/DC变换电路I1中给第一IGBT V11和第四IGBT V14的门极加持续的高电平使其持续导通、给第二IGBT V12和第三IGBT V13的门极加持续的低电平使其持续关断，在直流电压双向DC/DC变换电路II 2中，给第五IGBT V21和第八IGBT V24的门极加持续的高电平使其持续导通、给第六IGBT V22和第七IGBT V23加持续的低电平使其持续关断，电子直流断路器的P11、N11端子侧和P21、N21端子侧连接电压相同(Ud1＝Ud2)的两段直流母线并列运行。

(1)2段直流母线的负载较重时，两段母线间的电流流向是从1段母线流向2段母线，如图2所示，正极电流从P11流入，经第一熔断器F11、主接触器Q1的1-2触点(已闭合)、第一IGBT V11、第一滤波电感Ld1、第五IGBT V21的续流二极管、主接触器Q2的1-2触点(已闭合)、第三熔断器F21，从P21流出；负极电流从N21流入，经第四熔断器F22、主接触器Q2的3-4触点(已闭合)、第八IGBT V24的续流二极管、第二滤波电感Ld2、第四IGBT V14、主接触器Q1的3-4触点(已闭合)、第二熔断器F12，从N11流出；

当2段直流母线发生短路如图8所示，2段直流母线电压跌落，电流从1段直流母线连接端P11(+)依次流过第一熔断器F11、主接触器Q1的1-2触点(已闭合)、第一IGBT V11、第一滤波电感Ld1、第五IGBT V21的续流二极管、主接触器Q2的1-2触点(已闭合)、第三熔断器F21、短路点、第四熔断器F22、主接触器Q2的3-4触点(已闭合)、第八IGBT V24的续流二极管、第二滤波电感Ld2、第四IGBT V14、主接触器Q1的3-4触点(已闭合)、第二熔断器F12、到1段直流母线连接端N11(-)。电感支路设置的电流传感器CT1和CT2所监视的电流，从短路故障发生前的正常工作电流以一定的加载率限流快速增长，经过约100-150uS时间(约达到2-3倍额定电流)，令第一IGBT V11、第四IGBT V14、第五IGBT V21、第八IGBT V24全部关断，而后主接触器Q1和Q2分断，阻断直流母线1和2的连接，实现短路故障时，先由IGBT进行无触点的带载阻断处理、再由接触器进行有触点的不带载隔离处理。

(2)1段直流母线的负载较重时

两段母线间的电流流向是从2段母线流向1段母线，如图3所示，正极电流从P21流入，经第三熔断器F21、主接触器Q2的1-2触点(已闭合)、第五IGBT V21、第一滤波电感Ld1、第一IGBT V11的续流二极管、主接触器Q1的1-2触点(已闭合)、第一熔断器F11，从P11流出；负极电流从N11流入，经第二熔断器F12、主接触器Q1的3-4触点(已闭合)、第四IGBT V14的续流二极管、第二滤波电感Ld2、第八IGBT V24、主接触器Q2的3-4触点(已闭合)、第四熔断器F22，从N21流出；

当1段直流母线发生短路如图9所示，1段直流母线电压跌落，电流从2段直流母线连接端P21(+)依次流过第三熔断器F21、主接触器Q2的1-2触点(已闭合)、第五IGBT V21、第一滤波电感Ld1、第一IGBT V11的续流二极管、主接触器Q1的1-2触点(已闭合)、第一熔断器F11、短路点、第二熔断器F12、主接触器Q1的3-4触点(已闭合)、第四IGBT V14的续流二极管、第二滤波电感Ld2、第八IGBT V24、主接触器Q2的3-4触点(已闭合)、第四熔断器F22、到2段直流母线连接端N21(-)。电感支路设置的电流传感器CT1和CT2所监视的电流，从短路故障发生前的正常工作电流以一定的加载率限流快速增长，经过约100-150uS时间(约达到2-3倍额定电流)，令第一IGBT V11、第四IGBT V14、第五IGBT V21、第八IGBT V24全部关断，主接触器Q1和Q2分断，阻断直流母线1和2的连接，实现短路故障时，先由IGBT进行无触点的带载阻断处理、再由接触器进行有触点的不带载隔离处理。

3.电子直流断路器连接电压不相等的两段直流母线并列运行与短路保护

(1)电流由电压较高的直流母线流向电压较低的直流母线

在直流电压双向DC/DC变换电路I1中，控制第一IGBT V11和第四IGBT V14按PWM导通、第二IGBT V12、第三IGBT V13持续关断，在直流电压双向DC/DC变换电路(2)中，控制第五IGBT V21、第六IGBT V22、第七IGBT V23、第八IGBT V24持续关断，在电子直流断路器的P11、N11端子侧连接电压较高的直流母线，在电子直流断路器的P21、N21端子侧连接电压较低的直流母线，使两段电压不等的直流母线(Ud1＞Ud2)并列运行，此种控制方式是电流由电压较高的直流母线流向电压较低的直流母线。

施加在第一IGBT V11和第四IGBT V14门极的PWM驱动信号，在高电平期间电子直流断路器中电流的路径如图4所示，正极电流从P11流入，经第一熔断器F11、主接触器Q1的1-2触点(已闭合)、第一IGBT V11、第一滤波电感Ld1、第五IGBT V21的续流二极管、主接触器Q2的1-2触点(已闭合)、第三熔断器F21，从P21流出；负极电流从N21流入，经第四熔断器F22、主接触器Q2的3-4触点(已闭合)、第八IGBT V24的续流二极管、第二滤波电感Ld2、第四IGBT V14、主接触器Q1的3-4触点(已闭合)、第二熔断器F12，从N11流出；

施加在第一IGBT V11和第四IGBT V14门极的PWM驱动信号在低电平期间电子直流断路器中电流的路径如图5所示，电感储能的作用维持电流的路径为，从N21流入，经第四熔断器F22、主接触器Q2的3-4触点(已闭合)、第八IGBT V24的流二极管、第二滤波电感Ld2、第三IGBT V13的续流二极管、第二IGBT V12的续流二极管、第一滤波电感Ld1、第五IGBT V21的续流二极管、主接触器Q2的1-2触点(已闭合)、第三熔断器F21，从P21流出；

当2段直流母线发生短路如图10所示，2段直流母线电压跌落，电流从1段直流母线连接端P11(+)依次流过熔断器F11、主接触器Q1的1-2触点(已闭合)、第一IGBT V11、第一滤波电感Ld1、第五IGBT V21的续流二极管、主接触器Q2的1-2触点(已闭合)、第三熔断器F21、短路点、第四熔断器F22、主接触器Q2的3-4触点(已闭合)、第八IGBT V24的续流二极管、第二滤波电感Ld2、第四IGBT V14、主接触器Q1的3-4触点(已闭合)、第二熔断器F12、到1段直流母线连接端N11(-)。电感支路设置的电流传感器CT1和CT2所监视的电流，从短路故障发生前的正常工作电流以一定的加载率限流快速增长，经过约100-150uS时间(约达到2-3倍额定电流)，令第一IGBT V11、第四IGBT V14、第五IGBT V21、第八IGBT V24全部关断，主接触器Q1和Q2分断，阻断直流母线1和2的连接，实现短路故障时，先由IGBT进行无触点的带载阻断处理、再由接触器进行有触点的不带载隔离处理。

(2)电流由电压较低的直流母线流向电压较高的直流母线

在直流电压双向DC/DC变换电路I1中，控制第一IGBT V11和第四IGBT V14持续导通、第二IGBT V12和第三IGBT V13持续关断，在直流电压双向DC/DC变换电路(2)中，控制第六IGBT V22和第七IGBT V23按PWM导通、控制第五IGBT V21、第八IGBT V24持续关断，在电子直流断路器的P11、N11端子侧连接电压较低的直流母线，在电子直流断路器的P21、N21端子侧连接电压较高的直流母线，使两段电压不等的直流母线(Ud1＜Ud2)并列运行，此种控制方式是电流由电压较低的直流母线流向电压较高的直流母线。

施加在第六IGBT V22和第七IGBT V23门极的PWM驱动信号，在高电平期间,电子直流断路器中电流的路径如图6所示，电流从P11流入，经第一熔断器F11、主接触器Q1的1-2触点(已闭合)、第一IGBT V11、第一滤波电感Ld1、第六IGBT V22、第七IGBT V23、第二滤波电感Ld2、第四IGBT V14、主接触器Q1的3-4触点(已闭合)、第二熔断器F12，从N11流出；

施加在第六IGBT V22和第七IGBT V23门极的PWM驱动信号，在低电平期间,电子直流断路器中电流的路径如图7所示，正极电流从P11流入，经第一熔断器F11、主接触器Q1的1-2触点(已闭合)、第一IGBT V11、第一滤波电感Ld1、第五IGBT V21的续流二极管、主接触器Q2的1-2触点(已闭合)、第三熔断器F21，从P21流出；负极电流从N21流入，经第四熔断器F22、主接触器Q2的3-4触点(已闭合)、第八IGBT V24的续流二极管、第二滤波电感Ld2、第四IGBT V14、主接触器Q1的3-4触点(已闭合)、第二熔断器F12，从N11流出；

当2段直流母线发生短路如图11所示，2段直流母线电压跌落，电流从1段直流母线连接端P11(+)依次流过第一熔断器F11、主接触器Q1的1-2触点(已闭合)、第一IGBT V11、第一滤波电感Ld1、第五IGBT V21的续流二极管、主接触器Q2的1-2触点(已闭合)、第三熔断器F21、短路点、第四熔断器F22、主接触器Q2的3-4触点(已闭合)、第八IGBT V24的续流二极管、第二滤波电感Ld2、第四IGBT V14、主接触器Q1的3-4触点(已闭合)、第二熔断器F12、到1段直流母线连接端N11(-)。电感支路设置的电流传感器CT1和CT2所监视的电流，从短路故障发生前的正常工作电流以一定的加载率限流快速增长，经过约100-150uS时间(约达到2-3倍额定电流)，令第一IGBT V11、第四IGBT V14、第六IGBT V22、第七IGBT V23全部关断，主接触器Q1和Q2分断，阻断直流母线1和2的连接，实现短路故障时，先由IGBT进行无触点的带载阻断处理、再由接触器进行有触点的不带载隔离处理。

4.连接有源直流母线和无源直流母线并列运行与短路保护

在直流电压双向DC/DC变换电路I1中，给第一IGBT V11和第四IGBT V14的门极加持续的高电平使其持续导通、给第二IGBT V12和第三IGBT V13的门极加持续的低电平使其持续关断，在直流电压双向DC/DC变换电路2中，给第五IGBT V21和第八IGBT V24的门极加持续的高电平使其持续导通、给第六IGBT V22和第七IGBT V23加持续的低电平使其持续关断。

(1)电子直流断路器的P11、N11端子侧连接有源直流母线

P11、N11端子侧连接有源直流母线，P21、N21端子侧连接无源的直流母线运行，实现从1段直流母线给2段直流母线配电，电流路径如图2所示。

当2段直流母线发生短路如图8所示，2段直流母线电压跌落，电流从1段直流母线连接端P11(+)依次流过熔断器F11、主接触器Q1的1-2触点(已闭合)、第一IGBT V11、第一滤波电感Ld1、第五IGBT V21的续流二极管、主接触器Q2的1-2触点(已闭合)、第三熔断器F21、短路点、第四熔断器F22、主接触器Q2的3-4触点(已闭合)、第八IGBT V24的续流二极管、电感Ld2、IGBT V14、主接触器Q1的3-4触点(已闭合)、第二熔断器F12、到1段直流母线连接端N11(-)。电感支路设置的电流传感器CT1和CT2所监视的电流，从短路故障发生前的正常工作电流以一定的加载率限流快速增长，经过约100-150uS时间(约达到2-3倍额定电流)，令第一IGBT V11、第四IGBT V14、第五IGBT V21、第八IGBT V24全部关断，主接触器Q1和Q2分断，阻断直流母线1和2的连接，实现短路故障时，先由IGBT进行无触点的带载阻断处理、再由接触器进行有触点的不带载隔离处理。

(2)电子直流断路器的P21、N21端子侧连接有源直流母线

P21、N21端子侧连接有源直流母线，P11、N11端子侧连接无源的直流母线运行，实现从2段直流母线给1段直流母线供电，电流路径如图3所示。

当1段直流母线发生短路如图9所示，1段直流母线电压跌落，电流从2段直流母线连接端P21(+)依次流过第三熔断器F21、主接触器Q2的1-2触点(已闭合)、第五IGBT V21、第一滤波电感Ld1、第一IGBT V11的续流二极管、主接触器Q1的1-2触点(已闭合)、第一熔断器F11、短路点、第二熔断器F12、主接触器Q1的3-4触点(已闭合)、第四IGBT V14的续流二极管、第二滤波电感Ld2、第八IGBT V24、主接触器Q2的3-4触点(已闭合)、第四熔断器F22、到2段直流母线连接端N21(-)。电感支路设置的电流传感器CT1和CT2所监视的电流，从短路故障发生前的正常工作电流以一定的加载率限流快速增长，经过约100-150uS时间(约达到2-3倍额定电流)，令第一IGBT V11、第四IGBT V14、第五IGBT V21、第八IGBT V24全部关断，主接触器Q1和Q2分断，阻断直流母线1和2的连接，实现短路故障时，先由IGBT进行无触点的带载阻断处理、再由接触器进行有触点的不带载隔离处理。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于直流电压双向DC/DC变换的电子直流断路器，其特征在于包括：两个结构参数完全相同的、镜像对称设置的直流电压双向DC/DC变换电路I(1)和直流电压双向DC/DC变换电路II(2)，还包括开关缓冲单元I(3)和开关缓冲单元II(4)；

所述直流电压双向DC/DC变换电路I(1)包括串联设置的等值电容器I(Cd11)和等值电容器II(Cd12)、以及四个串联设置同规格的第一IGBT(V11)、第二IGBT(V12)、第三IGBT(V13)和第四IGBT(V14)；所述等值电容器I(Cd11)和等值电容器II(Cd12)与四个串联设置的第一IGBT(V11)、第二IGBT(V12)、第三IGBT(V13)和第四IGBT(V14)并联连接；其中等值电容器I(Cd11)和等值电容器II(Cd12)的中间点和上述四个IGBT串联支路的中间点相连接；所述直流电压双向DC/DC变换电路I(1)的低电压侧输出正(+)端(P12)接在第一IGBT(V11)和第二IGBT(V12)的连接点，直流电压双向DC/DC变换电路I(1)的负(-)端(N12)接在第三IGBT(V13)和第四IGBT(V14)的连接点；

所述直流电压双向DC/DC变换电路II(2)包括串联设置的等值电容器III(Cd21)和等值电容器IV(Cd22)以及四个串联设置同规格的第五IGBT(V21)、第六IGBT(V22)、第七IGBT(V23)、第八IGBT(V24)；所述串联设置的等值电容器III(Cd21)和等值电容器IV(Cd22)与四个串联的第五IGBT(V21)、第六IGBT(V22)、第七IGBT(V23)、第八IGBT(V24)并联连接；其中等值电容器III(Cd21)和等值电容器IV(Cd22)的中间点和第五IGBT(V21)、第六IGBT(V22)、第七IGBT(V23)、第八IGBT(V24)串联支路的中间点相连接；所述直流电压双向DC/DC变换电路II(2)的低电压侧输出正(+)端(P22)接在第五IGBT(V21)、第六IGBT(V22)的连接点，所述直流电压双向DC/DC变换电路II(2)的低电压侧负(-)端(N22)接在第七IGBT(V23)、第八IGBT(V24)的连接点；

所述开关缓冲单元I(3)包括正极供电支路、预充电支路I和预充电支路II，所述正极供电支路由第一熔断器(F11)和主接触器Q1的1-2触点串联组成，所述预充电支路I由电阻R11和预充电控制接触器S1的1-2触点串联组成，预充电支路与主接触器Q1的1-2触点并联设置，开关缓冲单元I(3)的正极支路其P11作为外部连接的正(+)端子；所述开关缓冲单元I(3)的负极供电支路由第二熔断器(F12)和主接触器Q1的3-4触点串联组成，所述预充电支路II由电阻R12和预充电控制接触器S1的3-4触点串联组成，预充电支路II与主接触器Q1的3-4触点并联设置，开关缓冲单元I(3)的负极支路其N11作为外部连接的负(-)端子；

所述开关缓冲单元II(4)包括第二正极供电支路、第一预充电支路、第二预充电支路，所述第二正极供电支路由第三熔断器(F21)和主接触器Q2的1-2触点串联组成，第一预充电支路由电阻R21与预充电控制接触器S2的1-2触点串联组成，第一预充电支路与主接触器Q2的1-2触点并联设置，开关缓冲单元II(4)的正极支路其P21作为外部连接的正(+)端子；开关缓冲单元II(4)的负极供电支路由第四熔断器(F22)和主接触器Q2的3-4触点串联组成，第二预充电支路由电阻R22与预充电控制接触器S2的3-4触点串联组成，第二预充电支路与主接触器Q2的3-4触点并联，开关缓冲单元II(4)的负极支路其N21作为外部连接的负(-)端子。

2.根据权利要求1所述的一种基于直流电压双向DC/DC变换的电子直流断路器，其特征还在于：所述直流电压双向DC/DC变换电路I(1)的低电压侧输出正(+)端(P12)与直流电压双向DC/DC变换电路II(2)的低电压侧输出正(+)端(P22)通过第一滤波电感(Ld1)相连接，所述直流电压双向DC/DC变换电路I(1)的低电压侧负(-)端(N12)与直流电压双向DC/DC变换电路II(2)的低电压侧负(-)端(N22)通过第二滤波电感(Ld2)相连接；所述第一滤波电感(Ld1)和第二滤波电感(Ld2)的参数相同、通过同一个铁芯磁路耦合,第一滤波电感(Ld1)的支路上设置第一电流传感器CT1，第二滤波电感(Ld2)支路设置第二电流传感器CT2。

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