專利名稱：并聯(lián)解耦電路實(shí)現(xiàn)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)管理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種并聯(lián)直流(DC)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種利用快速耦合和解耦并聯(lián)電力電子裝置來管理多個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的更普遍的應(yīng)用是用于如下的情況上游直流網(wǎng)絡(luò)向兩個(gè)或多個(gè)下游網(wǎng)絡(luò)提供電能。圖1示出了通用并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路示意圖。如圖1所示，包括上游電源網(wǎng)絡(luò)以及下游并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)。為了簡(jiǎn)潔，圖1中僅示出了兩個(gè)并聯(lián)的直流網(wǎng)絡(luò)，即直流網(wǎng)絡(luò)1和直流網(wǎng)絡(luò)2。如圖1所示，通常，熔絲(或直流斷路器)放置在每個(gè)下游直流網(wǎng)絡(luò)，斷開以避免下游直流網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)的短路故障的傳播。然而，基于如下幾個(gè)原因，這種方案并不是很理相.-熔絲的選擇性不容易達(dá)成。當(dāng)在直流網(wǎng)絡(luò)1上出現(xiàn)故障時(shí)，不能確定直流網(wǎng)絡(luò)的哪個(gè)熔絲首先斷開。-與電力電子裝置相比，熔絲和直流斷路器的反應(yīng)時(shí)間慢。直流網(wǎng)絡(luò)和/或下游直流網(wǎng)絡(luò)最初利用靜態(tài)電源開關(guān)斷開。熔絲和直流斷路器用于停止短路來限制損害但不能提供對(duì)電力電子裝置的保護(hù)。在這種情況下，存在將初期故障擴(kuò)展到其他電力電子裝置的重大危險(xiǎn)。-熔絲和直流斷路器的成本是昂貴的。圖2示出了當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立直流網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時(shí)現(xiàn)有并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路示意圖。 圖2所示電路與圖1類似。同樣，熔絲(或直流斷路器)放置在上游主干網(wǎng)(main network) 和下游直流網(wǎng)絡(luò)，斷開以避免上游主干網(wǎng)或下游直流網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)的短路故障的傳播。同樣， 圖2的示例中也存在著參考圖1所述的上述問題。圖3和圖4示出了當(dāng)采用靜態(tài)開關(guān)來代替熔絲或斷路器的現(xiàn)有并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路示意圖，其中圖3示出了具有短路和接地故障保護(hù)；而圖4示出了僅僅具有短路保護(hù)。當(dāng)上游或下游的某一處發(fā)生故障時(shí)，靜態(tài)開關(guān)T1-T4能夠切斷發(fā)生故障側(cè)的輸出。從而采用電力電子保護(hù)來代替熔絲或斷路器的方案能夠改善保護(hù)的選擇性，并且反應(yīng)時(shí)間與熔絲或斷路器相比更快。在靜態(tài)開關(guān)保護(hù)的操作之后，切斷系統(tǒng)能夠串聯(lián)地加入，用于隔離下游直流網(wǎng)絡(luò)。然而，基于如下幾點(diǎn)原因，這種方案也不太理想-跟隨操作模式，當(dāng)兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)與不同的直流總線電壓電平相連接時(shí)，直流扼流線圈Ll-L4(或者具有電阻器、繼電器以及類似裝置的限流裝置)對(duì)于限制兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)之間的電流是必須的；-事實(shí)上，當(dāng)切斷短路電流時(shí)，產(chǎn)生通過直流扼流線圈或直流線路的強(qiáng)電流間斷， 這導(dǎo)致強(qiáng)過壓。因此，如果直流扼流線圈L1-L4被使用，或者如果在功率靜態(tài)開關(guān)T1-T4 和互聯(lián)的點(diǎn)之間是長(zhǎng)距離的，需要加入并聯(lián)的過壓保護(hù)裝置DZ1-DZ2來保護(hù)功率靜態(tài)開關(guān)T1-T4 ；-下游網(wǎng)絡(luò)的所有直流電流通過功率靜態(tài)開關(guān)T1-T4。靜態(tài)開關(guān)T1-T4的傳導(dǎo)能量損失可能是重要的。圖5示出了上游出現(xiàn)短路故障時(shí)，圖4的并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路狀態(tài)圖。圖6示出了下游出現(xiàn)短路故障時(shí)，圖4的并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路狀態(tài)圖。如圖5所示，當(dāng)上游出現(xiàn)短路故障期間，電路中的電流回路如圖中的狀態(tài)圖A所示，故障之后，斷路器Kl和K2被斷開以停止所有下游網(wǎng)絡(luò)，如圖5狀態(tài)圖B所示。然而，圖 5中的電路并未能停止上游中的短路故障。同樣，當(dāng)短路故障發(fā)生在下游期間，電路中的電流回路示于圖6的狀態(tài)圖A中。故障之后，如圖6狀態(tài)圖B所示，斷路器Kl和K2被斷開以停止所有下游網(wǎng)絡(luò)。顯然，圖6中的電路也未能停止直流網(wǎng)絡(luò)1中的故障。參考圖5和圖6，利用現(xiàn)有技術(shù)的方法，當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)，存在如下問題-存在(利用熔絲或斷路器保護(hù))斷開整個(gè)直流下游網(wǎng)絡(luò)的危險(xiǎn)；-網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的短路故障將繼續(xù)，并未能被停止；-對(duì)于上游和下游中放置的電力電子系統(tǒng)存在強(qiáng)故障危險(xiǎn)；-保護(hù)切斷直流網(wǎng)絡(luò)。圖7示出了下游出現(xiàn)接地故障時(shí)，圖3的并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路狀態(tài)圖。如圖7所示，當(dāng)下游出現(xiàn)接地故障期間，電路中的電流回路如圖中的狀態(tài)圖A所示，故障之后，斷路器K1-K4被斷開以停止所有下游網(wǎng)絡(luò)，如圖狀態(tài)圖B所示。然而，下游中的接地故障并未被停止。同樣，圖7中的電路也存在上述圖5-6中相同的問題。在現(xiàn)有技術(shù)方案中采用的熔絲或斷路器Kl、K2、K3、K4保護(hù)是將熔絲或斷路器串聯(lián)在直流網(wǎng)絡(luò)中。通常具有如下缺點(diǎn)-直流斷路器·昂貴·太慢而不能保護(hù)連接到直流網(wǎng)絡(luò)的電力電子元件-熔絲·太慢而不能保護(hù)連接到直流網(wǎng)絡(luò)的電力電子元件 非可控裝置。不能控制保護(hù)選擇性。這意味著不能知道哪個(gè)熔絲將首先燒斷。-這些保護(hù)允許避免所有爆炸(explosion)，但是不能保護(hù)跟隨著短路源的上游或下游中的電力電子元件。-為了保護(hù)上游或下游中的電力電子元件，必須采用一些具有高反應(yīng)時(shí)間的電力電子裝置。圖8示出了在并聯(lián)變速驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中采用串聯(lián)熔絲來保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的短路故障的方案。如圖8所示，變速驅(qū)動(dòng)器8包括二極管整流器81、直流網(wǎng)絡(luò)82、逆變器83、電機(jī)84以及AC保護(hù)裝置85。變速驅(qū)動(dòng)器8將電力從AC饋電網(wǎng)(圖中未示出)向電機(jī)84提供。電機(jī)84可由發(fā)電機(jī)代替。作為示例，圖8中示出了 3個(gè)并聯(lián)的、由直流網(wǎng)絡(luò)82、逆變器 83、以及電機(jī)84構(gòu)成的下游網(wǎng)絡(luò)。逆變器的輸入端具有并聯(lián)電容器C1、C2和C3，用于當(dāng)電機(jī)制動(dòng)時(shí)存儲(chǔ)制動(dòng)能量(將來自電機(jī)的能量存儲(chǔ)到直流總線)。在直流網(wǎng)絡(luò)82的正極中串聯(lián)了熔絲F1-F3，用于在逆變器發(fā)生短路故障時(shí)切斷短路電路。AC保護(hù)裝置85包括保險(xiǎn)裝置K以及斷路器B，保險(xiǎn)裝置K的第一端連接到二極管整流器81，第二端通過斷路器B連接到AC饋電網(wǎng)。該保險(xiǎn)裝置K用于隔離處于故障的電路；而斷路器B用于切斷AC饋電網(wǎng)。 AC保護(hù)裝置85能夠停止故障電路，從而提供對(duì)故障電路的保護(hù)。由于圖8也采用了現(xiàn)有技術(shù)的熔絲，因此圖8的電路中也存在現(xiàn)有技術(shù)中的如下問題-熔絲的反應(yīng)時(shí)間不足以確保二極管整流器保護(hù)；-不能知道哪個(gè)熔絲F將首先燒斷。圖9示出了在變速驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中采用串聯(lián)熔絲來保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的短路故障的另一方案。其中采用兩個(gè)小二極管整流器來代替圖8中的一個(gè)大二極管整流器。與圖8類似，變速驅(qū)動(dòng)器9包括二極管整流器91a和91b、直流網(wǎng)絡(luò)92、逆變器93、電機(jī)94以及AC 保護(hù)裝置95。與圖8不同之處在于，圖9中采用兩個(gè)小二極管整流器91a和91b并聯(lián)構(gòu)成整流器，并將其與直流網(wǎng)絡(luò)92、逆變器93和電機(jī)95串聯(lián)。從而，能夠降低產(chǎn)品成本。圖10示出了在并聯(lián)變速驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中采用串聯(lián)雙向功率開關(guān)來保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的短路故障的方案。如圖10所示，變速驅(qū)動(dòng)器10包括二極管整流器101、直流網(wǎng)絡(luò) lOh-c、逆變器103a-c、電機(jī)KMa-c以及AC保護(hù)裝置105。與圖8所示電路中不同之處在于在直流網(wǎng)絡(luò)中，采用雙向功率開關(guān)T1-T3代替熔絲F1-F3。二極管整流器101、逆變器 103、電機(jī)104以及AC保護(hù)裝置105與圖8中的相應(yīng)部件結(jié)構(gòu)以及功能都相同，因此，在此將不再贅述。直流網(wǎng)絡(luò)102a、b和c結(jié)構(gòu)相同，因此僅以直流網(wǎng)絡(luò)10 為例進(jìn)行說明。直流網(wǎng)絡(luò)10 包含電力隔離開關(guān)K1、扼流線圈Li、雙向功率靜態(tài)開關(guān)Tl以及過壓保護(hù)裝置E1。 斷路器K1、扼流線圈Ll和雙向功率靜態(tài)開關(guān)Tl串聯(lián)在直流網(wǎng)絡(luò)的正極中，過壓保護(hù)裝置 El的第一端連接到扼流線圈Ll和雙向功率靜態(tài)開關(guān)Tl的交點(diǎn)，過壓保護(hù)裝置El的第二端連接到直流網(wǎng)絡(luò)的負(fù)極。雙向功率靜態(tài)開關(guān)Tl允許切斷故障電流。當(dāng)連接具有不同直流電壓值的兩個(gè)C 時(shí)，扼流線圈Ll允許降低電流。當(dāng)截止Tl時(shí)，El用于切斷由于Ll造成的過壓。所有Ll能量必須被耗散在El中。圖10中所示雙向功率開關(guān)Tl采用兩個(gè)(絕緣柵雙極型晶體管) IGBT (即，第一 IGBT和第二 IGBT)并聯(lián)，用于雙向電力流，即正和負(fù)直流電流。第一 IGBT的發(fā)射極和第二 IGBT的集電極相連形成Tl與扼流線圈Ll連接的第一端；第一 IGBT的集電極和第二 IGBT的發(fā)射極相連形成Tl與逆變器103a連接的第二端。這個(gè)方案與圖8相比反應(yīng)速度更快。同樣，與現(xiàn)有技術(shù)相比，圖10的方案也允許停止短路故障并隔離故障元件。但由于采用雙向功率開關(guān)Tl，這個(gè)方案也存在著如下缺點(diǎn)·在常規(guī)運(yùn)行模式中，存在著串聯(lián)直流保護(hù)裝置中的能量耗散；·電路被以最大電流載荷進(jìn)行設(shè)計(jì)；·需要設(shè)計(jì)過壓保護(hù)以耗散最大直流扼流線圈能量。顯然，圖10所示方案并非最優(yōu)方案。因此，提出了一種通過并聯(lián)解耦電路來進(jìn)行并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)管理的新的方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過采用并聯(lián)功率靜態(tài)開關(guān)裝置允許快速耦合和解耦具有如下不同的操作模式的上游與下游直流網(wǎng)絡(luò)
-標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用能夠確定連接兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)以從一個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)向另一個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)傳送能量。這意味著當(dāng)不必要時(shí)，直流網(wǎng)絡(luò)不被耦合并且沒有功率損耗耗散。-安全應(yīng)用當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠快速將其他網(wǎng)絡(luò)與故障網(wǎng)絡(luò)隔離。不存在選擇性的問題。-故障安全操作模式因?yàn)椴捎弥辽賰蓚€(gè)上游直流網(wǎng)絡(luò)，在短路之后，故障安全操作模式是可能的。本發(fā)明隔離故障但不停止該故障。為了斷開故障，采用AC網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)。 它是本發(fā)明的第二原理。本發(fā)明的目的是通過并聯(lián)功率靜態(tài)開關(guān)裝置而連接和斷開連接兩個(gè)或多個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)存在如下故障時(shí)快速切換以隔離直流網(wǎng)絡(luò)1)上游直接短路；2)下游直接短路；3)接地故障。本發(fā)明利用由相同AC上游網(wǎng)絡(luò)供電的兩個(gè)或多個(gè)直流下游網(wǎng)絡(luò)以及具有如下特性的兩個(gè)或多個(gè)直流下游網(wǎng)絡(luò)如果連接到負(fù)載則它們是獨(dú)立的或者連接到AC電源網(wǎng)絡(luò)則它們是從屬的。當(dāng)存在短路故障(或接地故障)時(shí)，很容易快速將其他網(wǎng)絡(luò)從故障直流網(wǎng)絡(luò)斷開連接，同時(shí)不存在可能會(huì)損壞連接到這些網(wǎng)絡(luò)的電力電子系統(tǒng)的危險(xiǎn)。耦合以及解耦系統(tǒng)不切斷短路故障而是隔離它。利用上游中使用的AC保護(hù)裝置來切斷短路故障。本發(fā)明提供一種通過并聯(lián)耦合以及解耦電路管理η個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)，包括第一至第η并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)具有正極和負(fù)極，其中η為大于等于2的自然數(shù)；并聯(lián)連接到η個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的第一直流總線管理裝置，用于當(dāng)η個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)之一中出現(xiàn)短路故障時(shí)解耦，以將故障直流網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)相隔離。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)-安全它的反應(yīng)時(shí)間快。它將其他直流網(wǎng)絡(luò)與故障直流網(wǎng)絡(luò)相隔離，而沒有損壞它們的電力電子系統(tǒng)的危險(xiǎn)。-給予好的效率直流網(wǎng)絡(luò)的連接僅僅當(dāng)要求該功能時(shí)被使用。-在短路(或接地故障)故障之后允許故障安全工作直流上游網(wǎng)絡(luò)的冗余以及快速直流網(wǎng)絡(luò)解耦允許利用簡(jiǎn)單控制的故障安全工作。-創(chuàng)新不切斷直流短路電流但它切斷AC短路電流。本發(fā)明的另外方面和優(yōu)點(diǎn)部分將在后面的描述中闡述，還有部分可從描述中明顯地看出，或者可以在本發(fā)明的實(shí)踐中得到。


通過結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他目的、 特性和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚，其中相同的標(biāo)號(hào)指定相同結(jié)構(gòu)的單元，并且在其中圖1示出了通用并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路示意圖；圖2示出了當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立直流網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時(shí)現(xiàn)有并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路示意圖；圖3和圖4示出了當(dāng)采用靜態(tài)開關(guān)來代替熔絲或斷路器的現(xiàn)有并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路示意圖，其中圖3示出了具有短路和接地故障保護(hù)；而圖4示出了僅僅具有短路保護(hù)；圖5示出了上游出現(xiàn)短路故障時(shí)，圖4的并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路狀態(tài)圖；圖6示出了下游出現(xiàn)短路故障時(shí)，圖4的并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路狀態(tài)圖7示出了下游出現(xiàn)接地故障時(shí)，圖3的并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路狀態(tài)圖；圖8示出了在并聯(lián)變速驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中采用串聯(lián)熔絲來保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的短路故障的方案；圖9示出了在變速驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中采用串聯(lián)熔絲來保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的短路故障的
另一方案；圖10示出了在并聯(lián)變速驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中采用串聯(lián)雙向功率開關(guān)來保護(hù)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的短路故障的方案；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通過并聯(lián)解耦電路進(jìn)行并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)管理的原理圖；圖12示出了在圖11的原理圖中，當(dāng)上游出現(xiàn)短路故障時(shí)，通過并聯(lián)解耦電路進(jìn)行并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)管理的電路狀態(tài)圖；圖13示出了在圖11的原理圖中，當(dāng)下游出現(xiàn)短路故障時(shí)，通過并聯(lián)解耦電路進(jìn)行并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)管理的電路狀態(tài)圖；圖14示出了在圖11的原理圖中，當(dāng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，通過并聯(lián)解耦電路進(jìn)行并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)管理的電路狀態(tài)圖；圖15示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通過并聯(lián)解耦電路進(jìn)行并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)管理的第一實(shí)施電路圖；圖16示出了在圖15的電路圖中，上游出現(xiàn)短路故障期間，并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路狀態(tài)圖；圖17示出了在圖15的電路圖中，在上游出現(xiàn)短路故障之后，并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路狀態(tài)圖；圖18示出了在圖15的電路圖中，下游出現(xiàn)短路故障期間，并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路狀態(tài)圖；圖19示出了在圖15的電路圖中，在下游出現(xiàn)短路故障之后，并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路狀態(tài)圖；圖20示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通過并聯(lián)解耦電路進(jìn)行并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)管理的第二實(shí)施電路圖；圖21示出了根據(jù)本發(fā)明圖15的第一電路圖在變速驅(qū)動(dòng)器中的應(yīng)用方案；圖22示出了當(dāng)具有不同直流電壓值的兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)連接和斷開連接時(shí)的充電的狀況；以及圖23示出了將根據(jù)本發(fā)明圖15的第一電路圖應(yīng)用于不同于圖21所示領(lǐng)域的第
二方案。
具體實(shí)施例方式下面將參照示出本發(fā)明實(shí)施例的附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)現(xiàn)，而不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為限于這里所述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例以便使本公開透徹且完整，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分表達(dá)本發(fā)明的范圍。在附圖中，為了清楚起見放大了組件。除非另有定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員共同理解的相同含義。還應(yīng)當(dāng)理解，諸如在通常字典里定義的那些術(shù)語應(yīng)當(dāng)被解釋為具有與它們?cè)谙嚓P(guān)技術(shù)的上下文中的含義相一致的含義，而不應(yīng)用理想化或極度形式化的意義來解釋，除非這里明確地這樣定義。為了簡(jiǎn)潔，本發(fā)明的附圖中僅以兩個(gè)或三個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行說明。但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例，可以具有多個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)。圖11示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通過并聯(lián)解耦電路進(jìn)行并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)管理的原理圖。為了簡(jiǎn)潔，圖11示出了兩個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)。但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例，可以具有三個(gè)或更多個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)。直流總線管理裝置111并聯(lián)連接在直流網(wǎng)絡(luò)1和直流網(wǎng)絡(luò)2的正極，以斷開并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)中的短路故障；以及直流總線管理裝置112并聯(lián)連接在直流網(wǎng)絡(luò)1和直流網(wǎng)絡(luò)2 的負(fù)極，以斷開并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)中的接地故障。直流總線管理裝置111用于短路故障保護(hù)，而直流總線管理裝置112用于接地故障保護(hù)。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，當(dāng)沒有接地故障保護(hù)時(shí)，直流總線管理裝置112不是必須的。直流總線管理裝置111包括具有第一端和第二端的耦合和解耦裝置K1，其第一端連接到直流網(wǎng)絡(luò)1的正極，其第二端連接到直流網(wǎng)絡(luò)2的正極。直流總線管理裝置112包括具有第一端和第二端的耦合和解耦裝置K2，其第一端連接到直流網(wǎng)絡(luò) 1的負(fù)極，其第二端連接到直流網(wǎng)絡(luò)2的負(fù)極。與之前方案以及現(xiàn)有技術(shù)所不同的是，圖11所示方案通過并聯(lián)直流總線管理裝置來實(shí)現(xiàn)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的故障保護(hù)。在故障出現(xiàn)之后，圖11方案中的直流總線管理裝置能夠保護(hù)未出現(xiàn)故障的網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，但它不能停止具有故障的網(wǎng)絡(luò)的故障。具有故障的網(wǎng)絡(luò)將由下文中給出的改進(jìn)方案中的AC保護(hù)裝置來進(jìn)行保護(hù)。圖12示出了在圖11的原理圖中，當(dāng)上游出現(xiàn)短路故障時(shí)，通過并聯(lián)解耦電路進(jìn)行并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)管理的電路狀態(tài)圖。圖13示出了在圖11的原理圖中，當(dāng)下游出現(xiàn)短路故障時(shí)，通過并聯(lián)解耦電路進(jìn)行并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)管理的電路狀態(tài)圖。圖14示出了在圖11的原理圖中，當(dāng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，通過并聯(lián)解耦電路進(jìn)行并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)管理的電路狀態(tài)圖。圖12中的狀態(tài)圖A示出了故障發(fā)生期間，Kl和K2斷開之前，直流網(wǎng)絡(luò)中形成的電流回路。如圖所示，并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)中存在3條回路。根據(jù)圖12中狀態(tài)圖A的電流回路可知，上游中的短路故障將影響直流網(wǎng)絡(luò)1和直流網(wǎng)絡(luò)2。在圖12的狀態(tài)圖B中，示出了故障之后斷開Kl和K2，直流網(wǎng)絡(luò)1被隔離。因此，如果在短路故障期間直流網(wǎng)絡(luò)2未被損壞，則直流網(wǎng)絡(luò)2此時(shí)能夠正常運(yùn)行，不受到直流網(wǎng)絡(luò)1上游中出現(xiàn)的短路故障的干擾。正如參考圖11進(jìn)行描述的一樣，此時(shí)直流網(wǎng)絡(luò)1雖被隔離，但上游故障并未被停止，因此直流網(wǎng)絡(luò)1沒有得到保護(hù)。圖13中的狀態(tài)圖A示出了故障發(fā)生期間，Kl和K2斷開之前，并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)中形成的電流回路。如圖所示，直流網(wǎng)絡(luò)中存在3條回路。根據(jù)圖13中狀態(tài)圖A的電流回路， 顯然，下游中的短路故障將影響直流網(wǎng)絡(luò)1和直流網(wǎng)絡(luò)2。在圖13的狀態(tài)圖B中，示出了故障之后斷開Kl和K2，直流網(wǎng)絡(luò)1被隔離。因此，如果在短路故障期間直流網(wǎng)絡(luò)2未被損壞，則直流網(wǎng)絡(luò)2此時(shí)能夠正常運(yùn)行，不受到直流網(wǎng)絡(luò)1下游中出現(xiàn)的短路故障的干擾。此時(shí)直流網(wǎng)絡(luò)1雖被隔離，但下游故障并未被停止，因此直流網(wǎng)絡(luò)1沒有得到保護(hù)。圖14中的狀態(tài)圖A示出了故障發(fā)生期間，Kl和K2斷開之前，并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)中形成的電流通路。如圖所示，直流網(wǎng)絡(luò)中存在2條通路。根據(jù)圖14中狀態(tài)圖A的電流通路可知，直流網(wǎng)絡(luò)1中出現(xiàn)的接地故障將影響直流網(wǎng)絡(luò)1和直流網(wǎng)絡(luò)2。在圖14的狀態(tài)圖B中， 示出了故障之后斷開K2并通過控制斷開K1，此時(shí)直流網(wǎng)絡(luò)1被隔離。因此，如果在接地故障期間直流網(wǎng)絡(luò)2未被損壞，則直流網(wǎng)絡(luò)2此時(shí)能夠正常運(yùn)行，不受到直流網(wǎng)絡(luò)1中出現(xiàn)的接地故障的干擾。此時(shí)直流網(wǎng)絡(luò)1雖被隔離，但接地故障并未被停止，因此直流網(wǎng)絡(luò)1沒有得到保護(hù)。圖15示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通過并聯(lián)解耦電路進(jìn)行并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)管理的第一實(shí)施電路圖。其中僅具有短路故障檢測(cè)，而沒有接地故障檢測(cè)。為了簡(jiǎn)潔，圖15示出了兩個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)。但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例，可以具有三個(gè)或更多個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)。在圖15中，直流總線管理裝置15包括耦合和解耦裝置151以及負(fù)極連接裝置 152。直流總線管理裝置151用于耦合和解耦并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)。耦合和解耦裝置151并聯(lián)連接在兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)的正極以斷開并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)中的短路故障；負(fù)極連接裝置152連接兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)極。耦合和解耦裝置151包括扼流線圈Ll和L2，Ll和L2串聯(lián)連接在第一直流網(wǎng)絡(luò)的正極中；具有第一端和第二端的電力隔離開關(guān)K1，電力隔離開關(guān)Kl的第一端與扼流線圈Ll 和L2之間的交點(diǎn)連接；以及具有第一端和第二端的雙向功率開關(guān)Tl，Tl的第一端與Kl的第二端相連，Tl的第二端連接到第二直流網(wǎng)絡(luò)的正極。雙向功率開關(guān)Tl采用兩個(gè)IGBT (即， 第一 IGBT和第二 IGBT)并聯(lián)，用于雙向電力流，即正和負(fù)直流電流。第一 IGBT的發(fā)射極和第二 IGBT的集電極相連形成Tl的第一端；第一 IGBT的集電極和第二 IGBT的發(fā)射極相連形成Tl的第二端。Tl的柵極由控制信號(hào)控制以導(dǎo)通或截止雙向功率開關(guān)Tl。但本發(fā)明并不限于上述示例，能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的其他靜態(tài)功率開關(guān)也可用于本發(fā)明。負(fù)極連接裝置152包括連接到兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)負(fù)極的電力隔離開關(guān)K2，用于電力地隔離兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)。如圖15所示，當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)，短路電流由電流傳感器檢測(cè)，以控制雙向功率開關(guān)Tl斷開以將其他直流網(wǎng)絡(luò)與故障直流網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行解耦。當(dāng)將兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)與不同的直流電壓連接時(shí)，扼流線圈Ll和L2用于降低電流。扼流線圈Ll和L2與直流網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接并且不具有解耦靜態(tài)開關(guān)裝置。通過這種方式，不必增加過壓保護(hù)(如現(xiàn)有技術(shù)圖3中的過壓保護(hù)裝置DZ)，因?yàn)槎罅骶€圈Ll和L2中的電流沒有被靜態(tài)開關(guān)裝置停止。在圖15中提供的電力隔離開關(guān)Kl和K2用于(電力地)隔離兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)，然而， 本方案中的Kl和K2是可選的。且Ll是可選的。圖16示出了在圖15的電路圖中，上游出現(xiàn)短路故障期間，并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路狀態(tài)圖；圖17示出了在圖15的電路圖中，在上游出現(xiàn)短路故障之后，并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路狀態(tài)圖。圖18示出了在圖15的電路圖中，下游出現(xiàn)短路故障期間，并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路狀態(tài)圖；圖19示出了在圖15的電路圖中，在下游出現(xiàn)短路故障之后，并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的電路狀態(tài)圖。圖16示出了故障發(fā)生期間，雙向功率開關(guān)Tl接通時(shí)直流網(wǎng)絡(luò)中形成的電流回路。如圖所示，由于上游中的短路故障，直流網(wǎng)絡(luò)中存在3條回路。如由虛線以及點(diǎn)劃線所指示的回路所示，上游中的短路故障將影響未出現(xiàn)故障的直流網(wǎng)絡(luò)。圖17示出了故障之后，雙向功率開關(guān)Tl截止，從而出現(xiàn)故障的直流網(wǎng)絡(luò)被隔離。因此，如果在短路故障期間未出現(xiàn)故障直流網(wǎng)絡(luò)未被損壞，則該直流網(wǎng)絡(luò)此時(shí)能夠正常運(yùn)行，不受到故障直流網(wǎng)絡(luò)上游中出現(xiàn)的短路故障的干擾。圖18示出了故障發(fā)生期間，雙向功率開關(guān)Tl接通時(shí)直流網(wǎng)絡(luò)中形成的電流回路。 如圖所示，由于下游中的短路故障，直流網(wǎng)絡(luò)中存在3條回路。如由虛線以及點(diǎn)劃線所指示的回路所示，下游中的短路故障將影響未出現(xiàn)故障的直流網(wǎng)絡(luò)。圖19示出了故障之后，雙向功率開關(guān)Tl截止，從而出現(xiàn)故障的直流網(wǎng)絡(luò)被隔離。因此，如果在短路故障期間未出現(xiàn)故障直流網(wǎng)絡(luò)未被損壞，則該直流網(wǎng)絡(luò)此時(shí)能夠正常運(yùn)行，不受到故障直流網(wǎng)絡(luò)上游中出現(xiàn)的短路故障的干擾。圖20示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通過并聯(lián)解耦電路進(jìn)行并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)管理的第二實(shí)施電路圖。其具有短路故障檢測(cè)以及接地故障檢測(cè)。為了簡(jiǎn)潔，圖20僅示出了兩個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)。但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例，可以具有三個(gè)或更多個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)。與圖15的不同之處在于，圖20不僅具有直流總線管理裝置201用于短路故障檢測(cè)，而且具有直流總線管理裝置202用于接地故障檢測(cè)。直流總線管理裝置并聯(lián)連接在兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)的負(fù)極以斷開并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)中的接地故障。直流總線管理裝置202包括扼流線圈L3和L4，L3和L4串聯(lián)連接在第二直流網(wǎng)絡(luò)的負(fù)極中；具有第一端和第二端的電力隔離開關(guān)K2，電力隔離開關(guān)K2的第一端與扼流線圈L3和L4之間的交點(diǎn)連接；以及具有第一端和第二端的雙向功率開關(guān)T2，T2的第一端與K2的第二端相連，T2的第二端連接到第一直流網(wǎng)絡(luò)的負(fù)極。雙向功率開關(guān)T2采用兩個(gè)IGBT(即，第三IGBT和第四IGBT)并聯(lián)，用于雙向電力流，即正和負(fù)直流電流。第三IGBT的發(fā)射極和第四IGBT的集電極相連形成T2的第一端；第三IGBT的集電極和第四IGBT的發(fā)射極相連形成T2的第二端。T2的柵極由控制信號(hào)控制以導(dǎo)通或截止雙向功率開關(guān)T2。但本發(fā)明并不限于上述示例，能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的其他靜態(tài)功率開關(guān)也可用于本發(fā)明。如圖20所示，當(dāng)短路故障發(fā)生時(shí)，短路電流由電流傳感器檢測(cè)，以控制雙向功率開關(guān)Tl斷開以將其他直流網(wǎng)絡(luò)與故障直流網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行解耦。當(dāng)將兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)與不同的直流電壓連接時(shí)，扼流線圈Ll和L2用于降低電流。扼流線圈Ll和L2與直流網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接并且不具有解耦靜態(tài)開關(guān)裝置。通過這種方式，不必增加過壓保護(hù)，因?yàn)槎罅骶€圈Ll 和L2中的電流沒有被靜態(tài)開關(guān)裝置停止。當(dāng)接地故障發(fā)生時(shí)，接地故障電流由電流傳感器檢測(cè)，以控制雙向功率開關(guān)T2斷開以將其他直流網(wǎng)絡(luò)與故障直流網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行解耦。當(dāng)將兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)與不同的直流電壓連接時(shí)，扼流線圈L3和L4用于降低電流。扼流線圈L3和L4與直流網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接并且不具有解耦靜態(tài)開關(guān)裝置。通過這種方式，不必增加過壓保護(hù)，因?yàn)槎罅骶€圈L3和L4中的電流沒有被靜態(tài)開關(guān)裝置停止。與圖15類似，在圖20中提供了 Kl和K2，用于(電力地)隔離兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)，然而，本方案中的Kl和K2是可選的。且扼流線圈Ll和L3是可選的。根據(jù)上述分析可知，圖20中并聯(lián)的直流總線管理裝置201、202具有如下優(yōu)點(diǎn)
-允許完全雙向電流通過；-能夠保護(hù)以免于上游直接短路；下游直接短路；和在使用一種方案之后的接地故障。圖21示出了根據(jù)本發(fā)明圖15的第一電路圖在變速驅(qū)動(dòng)器中的應(yīng)用方案。在圖21 的附圖中，示出了三個(gè)并聯(lián)變速驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)。但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例，可以具有兩個(gè)或更多個(gè)并聯(lián)變速驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)。如圖21所示，第一、第二或第三變速驅(qū)動(dòng)器網(wǎng)絡(luò)包括二極管整流器211、直流網(wǎng)絡(luò)212、逆變器213、電機(jī)214、AC保護(hù)裝置215以及直流總線管理裝置216。變速驅(qū)動(dòng)器將電力從AC饋電網(wǎng)(圖中未示出)向電機(jī)214提供。電機(jī)214可由發(fā)電機(jī)代替。在逆變器213的輸入端具有并聯(lián)的電容器C1、C2或C3，用于當(dāng)電機(jī)制動(dòng)時(shí)存儲(chǔ)制動(dòng)能量(將來自電機(jī)的能量存儲(chǔ)到直流總線)。直流總線管理裝置216包括并聯(lián)連接在直流網(wǎng)絡(luò)212的正極上的耦合和解耦裝置217，用于在逆變器短路故障時(shí)檢測(cè)短路故障并切斷短路電路；以及連接三個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)的負(fù)極的負(fù)極連接裝置218。耦合和解耦裝置217包括扼流線圈Lla和Lib、L2a和L2b以及L3a和L3b ；分別具有第一端和第二端的電力隔離開關(guān)Kl和電力隔離開關(guān)K2，電力隔離開關(guān)Kl的第一端與扼流線圈Lla和Llb之間的交點(diǎn)連接，以及電力隔離開關(guān)K2的第一端與扼流線圈Lh和 L2b之間的交點(diǎn)連接；以及分別具有第一端和第二端的雙向功率開關(guān)Tl和T2，T1的第一端與Kl的第二端相連，Τ2的第一端與Κ2的第二端相連，Tl和Τ2的第二端與扼流線圈L3a 和Ub之間的交點(diǎn)連接。Lla和Llb串聯(lián)連接在第一變速驅(qū)動(dòng)器的直流網(wǎng)絡(luò)的正極中山加和L2b串聯(lián)連接在第二變速驅(qū)動(dòng)器的直流網(wǎng)絡(luò)的正極中；并且L3a和L3b串聯(lián)連接在第三變速驅(qū)動(dòng)器的直流網(wǎng)絡(luò)的正極中。雙向功率開關(guān)Tl和T2均采用兩個(gè)IGBT (即，第一 IGBT 和第二 IGBT)并聯(lián)形成，用于雙向電力流，即正和負(fù)直流電流。第一 IGBT的發(fā)射極和第二 IGBT的集電極相連形成Tl和T2的第一端；第一 IGBT的集電極和第二 IGBT的發(fā)射極相連形成Tl和T2的第二端。Tl和T2的柵極由控制信號(hào)控制以導(dǎo)通或截止雙向功率開關(guān)Tl和 T2。但本發(fā)明并不限于上述示例，能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的其他靜態(tài)功率開關(guān)也可用于本發(fā)明。 在圖21中，扼流線圈Lib、L2b以及L3a和L3b以虛線示出，其表明這4個(gè)扼流線圈在本方案中不是必須的，它們的加入是為了實(shí)現(xiàn)其他的有益效果，這將在后面的電路描述中詳細(xì)
全A屮
口 QQ ο負(fù)極連接裝置218包括電力隔離開關(guān)Κ3和Κ4。Κ3和Κ4的第一端分別連接到第一和第二直流總線的負(fù)極，它們的第二端共同連接到第三直流總線的負(fù)極。圖21中的AC保護(hù)裝置215包括第一至第三保險(xiǎn)裝置Knl-Kn3以及斷路器B，第一至第三保險(xiǎn)裝置Knl-Kn3分別串聯(lián)連接到第一至第三變速驅(qū)動(dòng)器的二極管整流器211，另一端共同通過斷路器B連接到AC饋電網(wǎng)。第一至第三保險(xiǎn)裝置Knl-Kn3用于隔離處于故障的電路，切斷短路電流；而斷路器B用于切斷AC饋電網(wǎng)。AC保護(hù)裝置215能夠停止故障電路，從而提供對(duì)故障電路的保護(hù)。當(dāng)經(jīng)由Tl連接兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)時(shí)，Lla允許降低電流。Llb是可選的。當(dāng)整流器上出現(xiàn)故障時(shí)，Llb能夠降低短路電流。Tl允許連接兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)或斷開兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)連接。
13
Kl、K2、K3和K4是可選的。當(dāng)一直流網(wǎng)絡(luò)處于故障時(shí)，它們?cè)试S電力地隔離兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)。B是該安裝的AC斷路器。當(dāng)直流網(wǎng)絡(luò)中存在短路時(shí)，B能夠防止短路電流流入到AC網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)直流短路故障發(fā)生時(shí)，操作模式如下-第一步直流網(wǎng)絡(luò)的耦合和解耦裝置217隔離故障直流網(wǎng)絡(luò)。-第二步智能AC保護(hù)裝置215通過B斷開短路電流并將故障直流網(wǎng)絡(luò)通過保險(xiǎn)裝置Kn與其他網(wǎng)絡(luò)相隔離。-第三步AC保護(hù)裝置接通B以便為安全的直流網(wǎng)絡(luò)供電。以下，將詳細(xì)描述圖21所示方案的操作模式。在圖21的方案中，如下兩種操作模式是可能的第一常規(guī)模式中，T1&T2接通，直流網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)。當(dāng)Ac電機(jī)制動(dòng)時(shí)，它對(duì)所有直流電容器組(Cl、C2和Ο)充電。通過這種方式， 直流總線電壓保持在極限之下以確保驅(qū)動(dòng)器的安全并不必耗散直流電阻器中的制動(dòng)能量 (因?yàn)槎O管整流器不是可逆的，不能將能量再次注入到饋電網(wǎng))。當(dāng)存在短路時(shí)，首先截止Tl或T2以隔離處于故障的直流網(wǎng)絡(luò)。通過這種方式，確保所有驅(qū)動(dòng)器的安全且沒有故障。處于故障的驅(qū)動(dòng)器沒有通過直流總線管理裝置216保護(hù)而被保護(hù)。短路電流流入到AC饋電網(wǎng)。接著通過斷路器B切斷AC饋電網(wǎng)。之后通過控制， 切斷保險(xiǎn)裝置Knl、Kn2或Κη3以隔離處于故障的驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)保險(xiǎn)裝置被切斷時(shí)，控制接通斷路器B。通過這種方式，從而將能量提供到其他驅(qū)動(dòng)器，以確保無故障電路的正常操作并且保護(hù)了故障電路。本系統(tǒng)能夠操作在故障-安全操作模式。第二 在常規(guī)模式中，Τ1&Τ2截止，直流網(wǎng)絡(luò)沒有并聯(lián)。僅僅當(dāng)3個(gè)電機(jī)中的一個(gè)是發(fā)電機(jī)時(shí)(來自處于制動(dòng)模式的電機(jī)的能量功率變?yōu)橹绷骺偩€電壓)，將直流網(wǎng)絡(luò)連接。當(dāng)AC電機(jī)制動(dòng)時(shí)，接通Tl和Τ2。參考圖22，示出了當(dāng)具有不同直流電壓值的兩個(gè)直流電容器(兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò))連接在一起時(shí)的充電的狀況。處于制動(dòng)模式的電機(jī)對(duì)所有直流電容器組(C1、C2和Ο)充電。通過這種方式，直流總線電壓保持在極限之下以確保驅(qū)動(dòng)器的安全并且不必將制動(dòng)能量消耗在直流電阻器中。當(dāng)存在短路時(shí)，截止Tl或T2以隔離處于故障的直流網(wǎng)絡(luò)。通過這種方式，能夠確保所有無故障的驅(qū)動(dòng)器的安全。處于故障的驅(qū)動(dòng)器沒有通過直流保護(hù)而被保護(hù)。短路電流流入到AC饋電網(wǎng)。斷路器B切斷AC饋電網(wǎng)。通過控制，斷開保險(xiǎn)裝置(cutoff system) Knl、Kn2或Kn3以隔離處于故障的驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)保險(xiǎn)裝置被斷開時(shí)，控制接通斷路器B。通過這種方式，能夠向其他驅(qū)動(dòng)器提供能量，以確保無故障電路的正常操作并且保護(hù)了故障電路。本系統(tǒng)能夠操作在故障-安全操作模式。圖22示出了當(dāng)具有不同直流電壓值的兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)連接和斷開連接時(shí)的充電的狀況。Ll和L2用于限制電流。其中實(shí)線代表Vcl ；而虛線代表Vc2?？v軸代表 ILX SQRT ((C1+C2)/(L1+L2))的值(其中SQRT為平方根運(yùn)算)；而橫軸代表Vcl和Vc2的值。Vcl和Vc2之間的差值越小，Ll和L2也將會(huì)越小。
圖23示出了將根據(jù)本發(fā)明圖15的第一電路圖應(yīng)用于不同于圖21所示領(lǐng)域的第二方案。在圖23的附圖中，示出了兩個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)。但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例，可以具有三個(gè)或更多個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)。如圖23所示，第一或第二直流網(wǎng)絡(luò)包括AC保護(hù)裝置234和233 ；分別與AC保護(hù)裝置234和233連接的逆變器230和232、兩端分別連接到逆變器230和232的中間電路 231、以及直流總線管理裝置235。直流總線管理裝置235包括耦合和解耦裝置236以及負(fù)極連接裝置237。其中除了圖23中僅示出了兩個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)之外，圖23中的耦合和解耦裝置236與圖21中的耦合和解耦裝置217結(jié)構(gòu)和原理相同，而圖23中的負(fù)極連接裝置237與圖21中的218結(jié)構(gòu)和原理相同。耦合和解耦裝置236包括扼流線圈Lla和Llb以及Lh和L2b ；具有第一端和第二端的電力隔離開關(guān)K1，電力隔離開關(guān)Kl的第一端與扼流線圈Lla和Llb之間的交點(diǎn)連接；以及具有第一端和第二端的雙向功率開關(guān)Tl，Tl的第一端與Kl的第二端相連，Tl的第二端與扼流線圈Ua和L2b之間的交點(diǎn)連接。Lla和Llb串聯(lián)連接在第一直流網(wǎng)絡(luò)231 的正極中和L2b串聯(lián)連接在第二直流網(wǎng)絡(luò)231的正極中。雙向功率開關(guān)Tl采用兩個(gè)IGBT(即，第一 IGBT和第二 IGBT)并聯(lián)形成，用于雙向電力流，即正和負(fù)直流電流。第一 IGBT的發(fā)射極和第二 IGBT的集電極相連形成Tl的第一端；第一 IGBT的集電極和第二 IGBT的發(fā)射極相連形成Tl的第二端。Tl的柵極由控制信號(hào)控制以導(dǎo)通或截止雙向功率開關(guān)Tl。但本發(fā)明并不限于上述示例，能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的其他靜態(tài)功率開關(guān)也可用于本發(fā)明。與圖21類似，扼流線圈Lib、I^a和L2b在本方案中不是必須的。負(fù)極連接裝置237包括電力隔離開關(guān)K2，K2的第一端連接到第一直流網(wǎng)絡(luò)的負(fù)極，K2的第二端連接到第二直流網(wǎng)絡(luò)的負(fù)極。當(dāng)經(jīng)由Tl連接兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)時(shí)，Lla允許降低電流。Llb是可選的。當(dāng)整流器上出現(xiàn)故障時(shí)，Llb能夠降低短路電流。Tl允許連接兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)或斷開兩個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)連接。Kl和K2是可選的。當(dāng)一直流網(wǎng)絡(luò)處于故障時(shí)，它們?cè)试S電力地隔離兩個(gè)直流網(wǎng)圖23包括兩個(gè)AC保護(hù)裝置，即第一 AC保護(hù)裝置2；34和第二 AC保護(hù)裝置233，第一和第二 AC保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)相同，都包括第一至第二保險(xiǎn)裝置Knl-Kn2/Kml-Km2以及斷路器 B1/B2。第一至第二保險(xiǎn)裝置Knl-Kn2分別串聯(lián)連接到第一至第二直流網(wǎng)絡(luò)的逆變器230， 另一端共同通過斷路器Bl連接到AC饋電網(wǎng)。第一至第二保險(xiǎn)裝置Kml-Km2分別串聯(lián)連接到第一至第二直流網(wǎng)絡(luò)的逆變器232，另一端共同通過斷路器B2連接到AC饋電網(wǎng)。第一至第二保險(xiǎn)裝置Knl-Kn2/Kml-Km2用于隔離處于故障的逆變器電路；而斷路器Bl和B2分別用于將切斷AC饋電網(wǎng)。AC保護(hù)裝置234和233能夠停止故障電路，從而提供對(duì)故障電路的保護(hù)。直流總線管理裝置235用于隔離故障直流網(wǎng)絡(luò)；而AC保護(hù)裝置234和233切斷AC 短路，但不切斷直流短路。根據(jù)圖21和23的兩種應(yīng)用可知，對(duì)于本發(fā)明的方案-可針對(duì)每個(gè)AC電源網(wǎng)絡(luò)使用1個(gè)AC保護(hù)裝置；并且-根據(jù)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量X，直流網(wǎng)絡(luò)使用X-I個(gè)雙向功率開關(guān)。
根據(jù)需要，本發(fā)明所提及的電機(jī)可以采用發(fā)電機(jī)來代替。雖然在上述說明中，給出了兩個(gè)或三個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)，但根據(jù)需要，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以將本發(fā)明的原理應(yīng)用到多個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)相同的技術(shù)效果。綜上可知，本發(fā)明的第一原理在于快速耦合和解耦并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)與并聯(lián)電力電子裝置。本發(fā)明的第二原理在于快速耦合和解耦并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)與快速耦合和解耦A(yù)C網(wǎng)絡(luò)一起被使用，以確保直流故障的隔離。直流短路電流不使用直流保護(hù)。本發(fā)明能夠應(yīng)用于需要高可靠性和故障安全工作的所有直流系統(tǒng)。本發(fā)明可以應(yīng)用于，例如，1)變速驅(qū)動(dòng)器，利用多個(gè)直流電容器組來存儲(chǔ)制動(dòng)能量；2)直流管理冗余系統(tǒng)以改善系統(tǒng)可靠性。但，顯然，本發(fā)明并不限于上述應(yīng)用。盡管本發(fā)明是參照其特定的優(yōu)選實(shí)施例來描述的，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例，相反，本發(fā)明旨在覆蓋所附權(quán)利要求的精神和范疇之內(nèi)包括的各種各樣的修改和等價(jià)結(jié)構(gòu)。
1權(quán)利要求
1.一種通過并聯(lián)耦合以及解耦電路管理η個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)，包括第一至第η并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)具有正極和負(fù)極，其中η為大于等于2的自然數(shù)；和并聯(lián)連接到η個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的第一直流總線管理裝置，用于當(dāng)η個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)之一中出現(xiàn)短路故障時(shí)解耦，以將故障直流網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)相隔離。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一直流總線管理裝置包括第一耦合和解耦裝置以及負(fù)極連接裝置，第一耦合和解耦裝置連接η個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)的正極，負(fù)極連接裝置連接η 個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)的負(fù)極。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第一耦合和解耦裝置包括η-1個(gè)第一扼流線圈，分別串聯(lián)連接在η-1個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)的正極中，每個(gè)具有與直流網(wǎng)絡(luò)上游連接的第一端和與直流網(wǎng)絡(luò)下游連接的第二端，當(dāng)經(jīng)由第一直流總線管理裝置連接η 個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)時(shí)，降低直流網(wǎng)絡(luò)中的電流；和η-1個(gè)雙向功率開關(guān)，每個(gè)具有連接到η-1個(gè)第一扼流線圈的第一端之一的第一端以及連接到第η個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)的正極的第二端，其柵極由控制信號(hào)控制，以便當(dāng)檢測(cè)到短路時(shí)， 截止以將其他直流網(wǎng)絡(luò)與故障直流網(wǎng)絡(luò)解耦。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述第一耦合和解耦裝置還包括η-1個(gè)第一電力隔離開關(guān)，分別連接在η-1個(gè)第一扼流線圈的第一端之一和η-1個(gè)雙向功率開關(guān)的第一端之一之間，用于當(dāng)存在短路故障時(shí)電力地隔離多個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)；其中所述負(fù)極連接裝置還包括η-1個(gè)第二電力隔離開關(guān)，每個(gè)具有連接在第一至第 η-1直流網(wǎng)絡(luò)的負(fù)極之一的第一端以及連接在第η直流網(wǎng)絡(luò)的負(fù)極的第二端，用于當(dāng)存在短路故障時(shí)電力地隔離多個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述第一耦合和解耦裝置還包括η-1個(gè)第二扼流線圈，分別串聯(lián)連接在η-1個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)的正極中，每個(gè)具有與直流網(wǎng)絡(luò)上游連接的第一端和與η-1個(gè)第一扼流線圈的第一端之一連接的第二端，當(dāng)上游直流網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)短路故障時(shí)，降低直流網(wǎng)絡(luò)中的電流。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述第一耦合和解耦裝置還包括第三和第四扼流線圈，分別串聯(lián)連接在第η直流網(wǎng)絡(luò)的正極，以降低直流網(wǎng)絡(luò)中的電流，其中η-1個(gè)雙向功率開關(guān)的第二端共同連接到第三和第四扼流線圈之間的交點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中η-1個(gè)雙向功率開關(guān)的每個(gè)由兩個(gè)IGBT并聯(lián)構(gòu)成， 其中第一 IGBT的發(fā)射極和第二 IGBT的集電極相連形成雙向功率開關(guān)的第一端；第一 IGBT 的集電極和第二 IGBT的發(fā)射極相連形成雙向功率開關(guān)的第二端。
8.如權(quán)利要求2-7的任何一個(gè)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，還包括并聯(lián)連接到η個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的負(fù)極的第二直流總線管理裝置，用于當(dāng)η個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)之一中出現(xiàn)接地故障時(shí)解耦，以將故障直流網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)相隔離。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中第二直流總線管理裝置包括第二耦合和解耦裝置， 第二耦合和解耦裝置包括η-1個(gè)第一扼流線圈，分別串聯(lián)連接在η-1個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)的負(fù)極中，每個(gè)具有與直流網(wǎng)絡(luò)上游連接的第一端和與直流網(wǎng)絡(luò)下游連接的第二端，當(dāng)經(jīng)由第一直流總線管理裝置連接η 個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)時(shí)，降低直流網(wǎng)絡(luò)中的電流；和n-1個(gè)雙向功率開關(guān)，每個(gè)具有連接到n-1個(gè)第一扼流線圈的第一端之一的第一端以及連接到第一直流網(wǎng)絡(luò)的負(fù)極的第二端，其柵極由控制信號(hào)控制，以便當(dāng)檢測(cè)到短路時(shí)，截止以將其他直流網(wǎng)絡(luò)與故障直流網(wǎng)絡(luò)解耦。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述第二耦合和解耦裝置還包括n-l個(gè)電力隔離開關(guān)，分別連接在n-1個(gè)第一扼流線圈的第一端之一和n-1個(gè)雙向功率開關(guān)的第一端之一之間，用于當(dāng)存在接地故障時(shí)電力地隔離多個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述第二耦合和解耦裝置還包括n-l個(gè)第二扼流線圈，分別串聯(lián)連接在n-1個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)的負(fù)極中，每個(gè)具有與直流網(wǎng)絡(luò)上游連接的第一端和與n-1個(gè)第二扼流線圈的第一端之一連接的第二端，當(dāng)上游直流網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)短路故障時(shí)， 降低直流網(wǎng)絡(luò)中的電流。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述第二耦合和解耦裝置還包括第三和第四扼流線圈，分別串聯(lián)連接在第一直流網(wǎng)絡(luò)的正極，以降低直流網(wǎng)絡(luò)中的電流，其中n-1個(gè)雙向功率開關(guān)的第二端共同連接到第三和第四扼流線圈之間的交點(diǎn)。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述n-1個(gè)雙向功率開關(guān)每個(gè)由兩個(gè)IGBT并聯(lián)構(gòu)成，其中第一 IGBT的發(fā)射極和第二 IGBT的集電極相連形成雙向功率開關(guān)的第一端；第一 IGBT的集電極和第二 IGBT的發(fā)射極相連形成雙向功率開關(guān)的第二端。
14.如權(quán)利要求1-13所述的系統(tǒng)，其中第一至第η并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)包括 二極管整流器；逆變器，具有與二極管整流器第二端連接的第一端，在逆變器的第一端具有并聯(lián)的電容器，用于當(dāng)電機(jī)制動(dòng)時(shí)，存儲(chǔ)來自電機(jī)的制動(dòng)能量； 電機(jī)，與逆變器的第二端連接；其中，第一和第二直流總線管理裝置并聯(lián)連接在二極管整流器第二端和逆變器的第一端之間的直流網(wǎng)絡(luò)中。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括AC保護(hù)裝置，連接在第一至第η并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)中的二極管整流器的第一端與AC饋電網(wǎng)之間，用于停止故障網(wǎng)絡(luò)。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述AC保護(hù)裝置包括連接到AC饋電網(wǎng)的斷路器，用于切斷AC饋電網(wǎng)；以及第一至第η保險(xiǎn)裝置，分別連接在第一至第η并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)中的二極管整流器的第一端以及斷路器之間，用于隔離故障網(wǎng)絡(luò)。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)系統(tǒng)中存在故障時(shí)，截止第一或第二耦合和解耦裝置中的η個(gè)雙向功率開關(guān)之一，接著斷開斷路器以切斷AC饋電網(wǎng)，之后通過控制，切斷與故障網(wǎng)絡(luò)連接的第一至第η保險(xiǎn)裝置之一，以隔離處于故障的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)?shù)谝恢恋讦潜ｋU(xiǎn)裝置之一被切斷時(shí)，控制接通斷路器。
18.如權(quán)利要求1-13所述的系統(tǒng)，其中第一至第η并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)包括 第一逆變器，具有連接到直流網(wǎng)絡(luò)的上游的第一端；第二逆變器，具有與第一逆變器第二端連接到第一端以及與直流網(wǎng)絡(luò)的下游連接的第
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括第一AC保護(hù)裝置，連接在第一逆變器的第一端與AC饋電網(wǎng)之間，用于停止故障網(wǎng)絡(luò)；以及第二 AC保護(hù)裝置，連接在第二逆變器的第二端與AC饋電網(wǎng)之間，用于停止故障網(wǎng)絡(luò)。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中第一AC保護(hù)裝置包括連接到AC饋電網(wǎng)的第一斷路器，用于切斷AC饋電網(wǎng)；以及第一至第η第一保險(xiǎn)裝置，分別連接在第一至第η并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)中的第一逆變器的第一端以及第一斷路器之間，用于隔離故障網(wǎng)絡(luò)，其中第二AC保護(hù)裝置包括連接到AC饋電網(wǎng)的第二斷路器，用于切斷AC饋電網(wǎng)；以及第一至第η第二保險(xiǎn)裝置，分別連接在第一至第η并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)中的第二逆變器的第二端以及第二斷路器之間，用于隔離故障網(wǎng)絡(luò)。
21.如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)系統(tǒng)中存在故障時(shí)，截止第一或第二耦合和解耦裝置中的η-1個(gè)雙向功率開關(guān)之一，接著斷開第一和第二斷路器以切斷AC饋電網(wǎng)，之后通過控制，切斷與故障電路連接的第一至第η第一保險(xiǎn)裝置之一和第一至第η第二保險(xiǎn)裝置之一，以隔離處于故障的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)保險(xiǎn)裝置之一被切斷時(shí)，控制接通第一和第二斷路器。
全文摘要
本發(fā)明的目的是利用快速耦合和解耦并聯(lián)電力電子裝置來管理多個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)，并允許在直流上游或者下游電路直流短路或接地故障之后的保護(hù)和故障安全隔離工作模式。本發(fā)明提供一種通過并聯(lián)耦合以及解耦電路管理n個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)，包括第一至第n并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)直流網(wǎng)絡(luò)具有正極和負(fù)極，其中n為大于等于2的自然數(shù)；并聯(lián)連接到n個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)的第一直流總線管理裝置，用于當(dāng)n個(gè)并聯(lián)直流網(wǎng)絡(luò)之一中出現(xiàn)短路故障時(shí)解耦，以將故障直流網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)相隔離。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102195286SQ20101012477
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者菲利普·鮑德遜 申請(qǐng)人:施耐德東芝換流器歐洲公司