Modeling and Design of Magnetically Coupled Bidirectional Z-source Solid-state Circuit Breaker for DC Microgrid

ZHOU Zhongzheng; FEI Yuqing; WANG Yufeng; PU Fan; LIU Yuyang; LI Weilin

doi:10.7500/AEPS20230317007

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Modeling and Design of Magnetically Coupled Bidirectional Z-source Solid-state Circuit Breaker for DC Microgrid

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Modeling and Design of Magnetically Coupled Bidirectional Z-source Solid-state Circuit Breaker for DC Microgrid
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 20, Pages: 143-153(2023)
- 作者机构：
  
  西北工业大学自动化学院，陕西省西安市 710129
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52272403);Shaanxi Provincial Natural Science Foundation of China(2023-JC-QN-0465);the Fundamental Research Funds for the Central Universities(3102021ZDHQD05)
- DOI：10.7500/AEPS20230317007
  CLC：
- Received：17 March 2023，
  
  Revised：2023-07-30，
  
  Published Online：25 September 2023，
  
  Published：25 October 2023
- 稿件说明：
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周中正,费玉清,王雨峰等.面向直流微网的磁耦合双向Z源固态断路器建模与设计[J].电力系统自动化,2023,47(20):143-153.

ZHOU Zhongzheng,FEI Yuqing,WANG Yufeng,et al.Modeling and Design of Magnetically Coupled Bidirectional Z-source Solid-state Circuit Breaker for DC Microgrid[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(20):143-153.
周中正,费玉清,王雨峰等.面向直流微网的磁耦合双向Z源固态断路器建模与设计[J].电力系统自动化,2023,47(20):143-153. DOI： 10.7500/AEPS20230317007.

ZHOU Zhongzheng,FEI Yuqing,WANG Yufeng,et al.Modeling and Design of Magnetically Coupled Bidirectional Z-source Solid-state Circuit Breaker for DC Microgrid[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(20):143-153. DOI： 10.7500/AEPS20230317007.

摘要

直流微网以其效率高、控制简单、电能质量优等特点受到日益广泛的关注。为保障直流微网安全运行，提出了一种新型磁耦合双向Z源断路器(BZSCB)及其基于模型的优化设计方法。该新型BZSCB具有源荷共地、便于配置故障保护阈值等特点。文中详细阐述了新型BZSCB的工作原理，并提出了一种考虑晶闸管反向恢复需求的全故障暂态精确建模方法，可为断路器元件选型及优化设计提供有效指导。此外，在新型BZSCB中集成了辅助关断支路以实现全域保护及负荷投切功能，并分析了线路寄生电感对断路器性能的影响。最后，通过仿真与270 V/1.5 kW实验样机验证了所提拓扑的有效性及建模方法的准确性。

Abstract

DC microgrids are attracting increasingly widespread attention for their high efficiency

simple control

and superior power quality. To ensure the safe operation of DC microgrids

this paper proposes a novel magnetically coupled bidirectional Z-source solid-state circuit breaker (BZSCB) and its model-based optimization design method. The novel BZSCB has the characteristics of source-load co-grounding and easy configuration of fault protection thresholds. The working principle of the novel BZSCB is described in detail

and a full-fault transient accurate modeling method considering the reverse recovery demand of the thyristor is proposed

which can provide effective guidance for the circuit breaker component selection and the optimal design. Furthermore

an auxiliary tripping branch is integrated into the novel BZSCB to implement the functions of comprehensive protection and load switching. The influence of line parasitic inductance on the performance of the circuit breaker is also analyzed. Finally

the effectiveness of the proposed topology and the accuracy of the modeling method are verified by simulations and a 270 V/1.5 kW experimental prototype.

关键词

Keywords

references

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