本申请提供了一种基于电容分压的直流固态断路器自供电电路及其控制方法,电路包括:自供电单元、控制电路、驱动电路、以及直流固态断路器;自供电单元包括功率开关、电容分压电路以及DC/DC变换器;直流固态断路器串接在直流母线上,功率开关的第一端与驱动电路连接,功率开关的第二端与直流母线连接,功率开关的第三端与电容分压电路连接,电容分压电路与控制电路和DC/DC变换器连接,驱动电路与DC/DC变换器、控制电路以及直流固态断路器连接。利用电容对直流母线分压降压,通过DC/DC变换器隔离变压后提供稳定的供电电压,保证直流固态断路器无论处于正常状态或故障切除状态都能进行实时控制和监测。
背景技术
与交流电力系统相比,直流电力系统在减少能量损耗、兼容新能源和直流负载方面更具优势。然而,直流电网系统的低阻抗和低惯性会导致故障电流上升速率高,且幅值大,这对直流固态断路器(solid state circuit breaker,SSCB)的故障响应速度提出了严格要求。此外,由于直流短路故障电流没有自然过零点,因此故障清除期间的电弧管理变得更具挑战性,这使得直流故障的隔离比交流故障更加困难。作为直流电力系统的重要组成部分,直流固态断路器在实现故障隔离、防止直流故障进一步扩散以及确保直流系统安全可靠运行方面发挥着关键作用。传统的机械式断路器由于分断速度慢,无法满足快速保护的要求。而且它们的寿命很短,也难以满足智能控制和快速故障切除的要求。
庆幸的是,近年来基于宽禁带半导体器件的固态断路器被提出,它可以解决关断速度慢、熄弧难等问题。然而,以碳化硅(SiC)为代表的功率器件由于控制、驱动电路的存在,需要外接电源才能正常工作,而辅助供电线路的存在不仅增加了断路器的成本,也使得设备的复杂性提升。甚至,以海底观测网为例的有些场合并没有辅助供电线路。因此,实现直流固态断路器的自供电可提高电力系统运行可靠性,降低运行成本。在现有方法中,有利用故障发生时,流经功率半导体器件的短路电流所产生的压降获取电能。利用功率半导体器件上的压降作为触发电压,以便在短路故障时切断故障电流。这种获取电源的方法简单易行。但当直流系统正常运行时,直流固态断路器处于断电状态,无法进行实时控制和监测。因此,需要提出合理的断路器自供电方法,保证断路器的供电稳定性,无论断路器处于正常状态或故障切除状态都能进行实时控制和监测。
实现思路