全固態(tài)高壓直流斷路器的設(shè)計(jì).pdf

1、高壓直流斷路器（HVDC breaker，high voltage direct current breaker）是在高壓直流電路發(fā)生過載或者短路時(shí)及時(shí)將直流電路斷開，電路故障消除后將電路重新復(fù)位的電力保護(hù)電路。高壓直流斷路器主要用在高壓直流輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)中，保證直流電路系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。近年來，一方面，隨著可再生能源的開發(fā)，為了減小輸送過程中電能的損耗，在遠(yuǎn)距離輸電過程中越來越多的采用直流輸電技術(shù)；另一方面，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)

2、展，個(gè)人和企業(yè)對(duì)電能質(zhì)量的要求不斷提高，在電能的分配過程中采用直流配電是提高電能質(zhì)量的一個(gè)重要方式和發(fā)展方向。高壓直流斷路器作為保障直流輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵性部件，人們越來越重視直流斷路器的研發(fā)，成為當(dāng)前電力電子領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn)。隨著半導(dǎo)體工藝的不斷進(jìn)步，SiC功率器件越來越成熟。相對(duì)于傳統(tǒng) S i功率器件，SiC功率MOSFET具有耐高壓、高溫、高開關(guān)速度以及低導(dǎo)通阻抗等一系列優(yōu)點(diǎn)，使得SiC功率MOSFET作為電力

3、電子開關(guān)元件應(yīng)用越來越廣泛；同時(shí)和新型Si材料 IGBT相比較，SiC功率MOSFET開關(guān)速度更快，溫度的變化對(duì)器件性能的影響更小。通過分析可知，SiC功率MOSFET滿足全固態(tài)高壓直流斷路器對(duì)全控型電力電子開關(guān)元件的要求。
　　本文的主要工作是基于SiC功率MOSFET開關(guān)元件，設(shè)計(jì)并制作了全固態(tài)高壓直流斷路器。論文首先介紹了直流斷路器的應(yīng)用背景和現(xiàn)狀；然后著重分析了直流斷路器的工作原理以及SiC功率MOSFET的優(yōu)勢和電路特性

4、；然后根據(jù)直流斷路器電路功能，將電路主要分為四個(gè)功能模塊電路，并使用一個(gè)負(fù)載電路用于模擬短路故障。四個(gè)功能電路模塊根據(jù)負(fù)載電路電流的變化，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)控制直流斷路器的關(guān)斷或者復(fù)位；其中電流檢測電路檢測負(fù)載電路電流的變化，電平鎖定電路鎖定產(chǎn)生的控制信號(hào)，柵極驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)柵源電壓的升壓和虛地，復(fù)位檢測電路避免電路的誤開啟；然后在四個(gè)功能電路模塊的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出具有SiC功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的全固態(tài)高壓直流斷路器電路；最后根據(jù)設(shè)計(jì)的電

5、路圖，制作出直流斷路器樣機(jī)。設(shè)計(jì)的高壓直流斷路器電路采用OrCAD仿真軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明該直流斷路器電路實(shí)現(xiàn)了功率為12KW的負(fù)載電路的關(guān)斷和復(fù)位，柵極驅(qū)動(dòng)電路待機(jī)功耗為0，同時(shí)直流斷路器實(shí)現(xiàn)了控制信號(hào)的鎖定、柵源電壓的升壓和虛地，避免了直流斷路器的誤開啟操作；最后對(duì)直流斷路器樣機(jī)進(jìn)行了相應(yīng)的測試，測試結(jié)果表明直流斷路器實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載電路的電力保護(hù)，功能和仿真結(jié)果相一致，樣機(jī)的反應(yīng)時(shí)間約為30μs。設(shè)計(jì)的直流斷路