低损耗双向Z源固态直流断路器设计

陶育菲; 周中正; 江雪; 王雨峰; 李伟林

doi:10.7500/AEPS20210420004

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低损耗双向Z源固态直流断路器设计

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 低损耗双向Z源固态直流断路器设计
- Design of Bidirectional Z-source Solid-state DC Circuit Breaker with Low Loss
- 电力系统自动化 2022年46卷第4期页码：153-161
- 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：
  
  陶育菲(1997—)，女，硕士研究生，主要研究方向：中低压直流输配电系统及其保护、直流断路器。E-mail：taoyufei0412@163.com
  周中正(1989—)，男，博士，副教授，主要研究方向：直流断路器、多电平变换器及大功率传动控制系统。E-mail：threezh@nwpu.edu.cn
  江雪(1996—)，女，硕士研究生，主要研究方向：混合微电网系统能量管理技术。E-mail：343293572qq.com
  李伟林(1983—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：航空智能配电技术、分布式电推进飞机、能量优化及管理、中低压直流输配电系统及其保护。E-mail：liweilin907@126.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51777169)
- DOI：10.7500/AEPS20210420004
  中图分类号：
- 收稿：2021-04-20，
  
  修回：2021-09-29，
  
  网络出版：2021-12-16，
  
  纸质出版：2022-02-25
- 稿件说明：
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陶育菲,周中正,江雪等.低损耗双向Z源固态直流断路器设计[J].电力系统自动化,2022,46(4):153-161.

TAO Yufei,ZHOU Zhongzheng,JIANG Xue,et al.Design of Bidirectional Z-source Solid-state DC Circuit Breaker with Low Loss[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(4):153-161.
陶育菲,周中正,江雪等.低损耗双向Z源固态直流断路器设计[J].电力系统自动化,2022,46(4):153-161. DOI： 10.7500/AEPS20210420004.

TAO Yufei,ZHOU Zhongzheng,JIANG Xue,et al.Design of Bidirectional Z-source Solid-state DC Circuit Breaker with Low Loss[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(4):153-161. DOI： 10.7500/AEPS20210420004.

摘要

随着直流输配电技术的不断发展，直流故障保护问题日渐凸显，断路器作为故障保护的一种重要装置，逐渐向损耗低、动作快方向发展。Z源固态直流断路器具有结构简单、响应迅速、分断无弧等特点，为直流保护提供了新方案。文中提出了一种新型双向Z源固态直流断路器，在分析其工作原理的基础上，给出了其设计方法，并对比了现有典型Z源直流断路器的保护特性。新型拓扑采用电容取代传统结构中二极管的反向阻断作用，降低断路器通态损耗，并通过反并联晶闸管实现能量双向流动，无须外加检测与控制电路，通过阻抗网络参数设计便可实现短路故障的迅速自动响应。最后，基于仿真和原理样机实验对所设计的固态直流断路器的有效性进行了验证。

Abstract

With the continuous development of DC transmission and distribution technology

the problem of DC fault protection is becoming more prominent. As an important device for fault protection

the circuit breaker is gradually developing in the direction of low loss and fast operation. The Z-source solid-state DC circuit breaker has the characteristics of simple structure

rapid response

and arc-free disconnection

which provides a new solution to DC protection. Therefore

this paper proposes a novel bidirectional Z-source solid-state DC circuit breaker. Based on the analysis of its working principle

its design method is given

and the protection characteristics of the existing typical Z-source DC circuit breakers are compared. The novel circuit breaker uses capacitors to replace the reverse blocking effect of diodes in the traditional structure

reduces on-state loss of the circuit breaker

and realizes bidirectional energy flow through reverse-parallel thyristors

without additional detection and control circuits. And the rapid and automatic response to short-circuit faults can be realized through the design of impedance network parameters. Finally

the validity of the designed solid-state DC circuit breaker is verified by simulations and principle prototype experiments.

关键词

Keywords

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