一种船舶直流电网纯固态短路保护装置的制作方法

本发明涉及船舶电力推进技术领域，具体地说，涉及一种船舶直流电网纯固态短路保护装置。

背景技术：

电力推进的良好机动性使得其在船舶动力领域得到应用，随着电力电子技术的发展，交流变频电力推进装置在船舶上开始广泛应用。近年来电力电子技术的发展和直流应用概念的拓展，直流电网的电力推进系统开始出现了市场应用，以满足船东、社会对水路交通节能、环保的综合需求。

相比于交流电网电力推进系统，直流组网电力推进系统在分布电源接入、能量存储释放、负荷扰动抑制、节能减排降噪方面均具有突出的技术优势，以变速发电、大容量能量存储和变频驱动技术形成的直流混合动力推进可有效解决交流组网电力推进系统在稳定性、可靠性和经济性不足的技术难题。

因此，基于经济型驱动和节省空间的优势，目前中小型船舶电力推进在往直流组网方面发展。图1示出了现有的交流组网和直流组网电力推进系统拓扑示意图。直流组网与交流组网的区别在于，对单台柴油机直接整流并入直流电网，直流组网不再牵涉到发电机并车和交流配电盘的问题，同时电力推进省去了前端的配电盘、变压器。直流电网没有了相位的要求使得柴油机组可以根据当前负荷变化实现变速发电以提高整个电力推进系统的效率，提高推进系统的燃油经济性。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种船舶直流电网纯固态短路保护装置，所述装置包括：

至少两个结构相同的、对称设置的短路保护模块，所述短路保护模块通过直流母线连接并分别与对应的直流组网电推装置连接；

至少两个结构相同的斩波电路，所述斩波电路分别连接在对应的短路保护模块的第一正极端口与第一负极端口之间。

根据本发明的一个实施例，所述短路保护模块包括：

第一直流电容，其用于连接在所述直流组网电推装置的正负极之间；

第一开关管，其第一端口形成所述短路保护模块的第一正极端口，以用于与所述直流组网电推装置的正极连接；

电感，其第一端口与所述第一开关管的第二端口连接，第二端口形成所述短路保护模块的第二正极端口，以用于通过直流母线与其他短路保护模块连接；

第二开关管，其第一端口与所述第一开关管的第二端口连接，第二端口形成所述短路保护模块的第一负极端口和第二负极端口，以用于通过所述第一负极端口与所述直流组网电推装置的负极连接，通过所述第二负极端口与其他短路保护模块连接；

第二直流电容，其一端与所述电感的第二端口连接，另一端与所述第二开关管的第二端口连接。

根据本发明的一个实施例，所述短路保护装置还包括：

第三开关管，其第一端口形成所述短路保护模块的第一负极端口，以用于与所述直流组网电推装置的负极连接，第二端口与所述第二开关管的第二端口连接。

根据本发明的一个实施例，所述短路保护模块包括：

第一直流电容，其用于连接在所述第一短路保护模块的第一正极端口与第一负极端口之间；

第一开关管，其第一端口形成所述第一短路保护模块的第一正极端口，以用于与对应直流组网电推装置的正极连接，第二端口形成所述第一短路保护模块的第二正极端口，以用于与所述第二短路保护模块的第二正极端口连接；

第二开关管，其第一端口形成所述第一短路保护模块的第一负极端口，以用于与对应直流组网电推装置的负极连接，其第二端口形成所述第一短路保护模块的第二负极端口，以用于与所述第二短路保护模块的第二负极端口连接；

第一二极管，其正极与所述第二开关管的第二端口连接，负极与所述第一开关管的第二端口连接。

根据本发明的一个实施例，所述第一短路保护模块还包括：

第一电感，其连接一端与所述第一开关管的第二端口连接，另一端形成所述第一短路保护模块的第二正极端口；和/或，

第二电感，其连接一端与所述第二开关管的第二端口连接，另一端形成所述第一短路保护模块的第二负极端口。

根据本发明的一个实施例，所述斩波电路包括：

第四开关管，其第一端口与所述短路保护模块的第一正极端口连接；

斩波电阻，其一端与所述第四开关管的第二端口连接，另一端与所述短路保护模块的第一负极端口连接。

根据本发明的一个实施例，所述斩波电路还包括：

第五开关管，其第一端口与所述第四开关管的第二端口连接，第二端口与所述短路保护模块的第一负极端口连接。

根据本发明的一个实施例，所述斩波电路还包括：

钳位二极管，其正极与所述短路保护模块的第一负极端口连接，负极与所述第四开关管的第二端口连接。

根据本发明的一个实施例，所述第一直流电容集成在所述斩波电路中。

根据本发明的一个实施例，各个开关管包含开关部和与所述开关部反相并联的续流二极管。

本发明所提供的船舶直流电网纯固态短路保护装置在具备冗余关断保护能力的同时具备直流母线间能量调配、电压控制、电流/功率限制等功能，其能够实现直流电网的主动可控。

该短路保护装置采用了背靠背式dc/dc的优化结构，这样也就可以形成分段式拓扑，每侧各自成柜，柜体完全镜像对称，两部分连接起来共同构成一组短路保护装置。这种结构能够使每组短路保护装置都平均分布在需电气连接的变流柜两端，从而保证了短路保护装置置入柜体后两侧柜体的对称性。同时，变流柜两端布置半个保护装置(即各一个短路保护模块)后，能够方便若干组变流柜组成主流母线或直流环网，从而极大地提高了装置的工程应用适应性。

而各个短路保护某开可以独立控制，这样也就可以独立控制半柜内的斩波和单侧保护模块动作，从而保证关断与斩波的实时协同性，继而高精度时序控制确保固态开关关断瞬间过电压抑制的可靠性。

同时，该短路保护装置采用正负极冗余关断拓扑结构，这样也就可以保证某一开关管失效时整个装置仍然能够正常通过电流并且能够在故障时正常关断，从而提高了整个装置的可靠性。

此外，该短路保护装置采用了开关管对称续流方式续流抬升固态断路器关断瞬间开关桥之间的电压，其替代了旁路rlc电路和mov电路来消除固态开关关断瞬间开关两侧的过电压，这样也就省去rlc和mov电路减少器件数量，从而有助于降低整个装置的成本并减小其体积。

同时，该短路保护装置的正负极端口间引入了斩波回路，这样也就使得斩波回路除了直流母线过电压抑制功能外，也具备协同抑制固态开关故障关断瞬间开关桥外侧过电压的功能。在控制器控制装置分断时开启斩波，斩波回路能够形成一个rl回路抑制关断瞬间产生的高压，从而实现一装置两个用途，并进一步降低了短路故障时固态开关关断瞬间的过电压，提升了保护装置的综合性能。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是现有的交流组网和直流组网电力推进系统拓扑示意图；

图2是现有的混合式断路器的结构示意图；

图3是现有的固态短路器的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的船舶直流电网纯固态短路保护装置的结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例的船舶直流电网纯固态短路保护装置的具体结构示意图；

图6是根据本发明另一个实施例的船舶直流电网纯固态短路保护装置的具体结构示意图；

图7是根据本发明又一个实施例的船舶直流电网纯固态短路保护装置的具体结构示意图；

图8是根据本发明再一个实施例的船舶直流电网纯固态短路保护装置的具体结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

采用直流组网形式的船舶电力推进系统减少了交流配电盘、变压器等大型设备，节省了大量空间并减轻了整个系统的重量。然而，由于电网由交流母线转变为直流母线，这也带来了电网保护方面的技术性问题。

传统的交流电网母联开关有成熟的断路器作为短路分断保护，交流断路器利用交流电过零点特性实现电网故障时的分断。直流电网无上述交流电特性，且短路瞬间电流急剧上升，因此实现直流电网故障时的分断具有极高的技术难度。

近年来随着陆地直流电网的兴起，直流断路器涌现出了研究和应用热潮。陆地直流电网保护装置(直流断路器)的主要特点是混合断路器形式、不受空间限制、单级关断、高压小电流、几个毫秒内关断。

目前国内外船舶直流电网断路器主要有两类形式。一类是通过变流器(dc/dc)实现，其特点是能够实现电网能量的主动调配并实现微秒级关断，但功率损耗大、成本也高。

另一类是从陆地直流电网断路器衍生过来的断路器(包括混合式断路器和不带机械部分的固态断路器，如图2和图3所示)。混合式断路器优点是正常工作损耗低，缺点是体积大、关断时间只能到毫秒级、关断控制繁琐、成本高。固态断路器体积、成本等方面有优势，且适应船舶满功率持续通流概率低的应用工况。由于船舶直流电网上负载和电源都在母线上均分，因此采用纯固态断路器也不会导致船舶正常工况下大量的能量损失，因此纯固态(包括dc/dc变流器型和普通固态型)断路器均适用船舶直流电网。

上述两类直流电网保护装置用于船舶存在的主要问题如下：变流器(dc/dc)型保护装置无冗余功能、功率损耗大、电抗器占用体积相对较大、成本高；固态式断路器瞬态关断会在断路器两端激起高电压脉冲，因而必须给断路器配备响应的rlc、mov等能量吸收电路保证关断瞬间固态开关不被损坏，需抑制其关断瞬间的过电压，因此其在体积、成本和电路复杂程度上无优势，且不具备变流器(dc/dc)型保护装置的能量调配、限流/功率功能。

针对现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种新的船舶直流电网纯固态短路保护装置。图4示出了本实施例中该船舶直流电网纯固态短路保护装置的结构示意图。

考虑到船舶实际应用中对电推系统布局的需求，直流组网电推装置可能由两段或者两段以上母排通过母联开关连接，同时柜体可能根据船舶舱室的情况采取集中或分布式放置。为了保证各段柜体的对称性，满足不同的布局方式需求，并能够适应单线和环形直流网络的母线布置需求，本实施例所提供的船舶直流电网纯固态短路保护装置采用了背靠背的结构。

具体地，如图4所示，本发明所提供的船舶直流电网纯固态短路保护装置优选地包括了至少两个结构相同的短路保护模块(例如第一短路保护模块401和第二短路保护模块402)，这些短路保护模块通过直流母线连接并分别与对应的直流组网电推装置连接。

直流短路保护装置被设计为对称分布的两个电器柜，并且两个柜体分别布置在两台直流组网电推装置的母线两端。直流组网电推装置间的两个短路保护模块柜体通过母排或者电缆连接构成一组直流短路保护装置(母联开关)，每个柜体的两端都布置母联开关，这样也就可以使得柜体既保证对称性又便于组成直流环网。

然而，如果采取直流保护装置集中式布置(即一个装置一个柜体)，那么短路保护装置布置在柜体一侧会导致短路保护装置两端母排/连接线(杂散电感)的巨大差异性，这样不便于直流推进系统装置的对称性分布且影响保护控制。

同时，本发明所提供的船舶直流电网纯固态短路保护装置优选地还包括至少两个结构相同的斩波电路(例如第一斩波电路403和第二斩波电路404)。其中，第一斩波电路403连接在第一短路保护模块401的第一正极端口与第一负极端口之间，而第二斩波电路404则连接在第二短路保护模块402的第一正极端口与第一负极端口之间。

为了更加清楚地阐述本发明所提供的船舶直流电网纯固态短路保护装置的结构、工作原理以及优点，以下结合不同的实施例来对船舶直流电网纯固态短路保护装置作进一步的说明。

实施例一：

图5示出了本实施例中船舶直流电网纯固态短路保护装置的具体结构示意图。其中，由于各个短路保护模块的结构相同，因此为了描述的方便，以下仅以其中一个短路保护模块为例来作重点说明。

如图5所示，本实施例中，短路保护模块401包括：第一开关管501、电感502、第二开关管503、第二直流电容504、第三开关管505。其中，第一开关管501的第一端口形成短路保护装置的第一正极端口，以用于与直流组网电推装置的正极连接，其第二端口与电感502的第一端口连接。电感502的第二端口则形成短路保护装盒子的第二正极端口，以用于通过直流母线与其他短路保护装置连接。

具体地，本实施例中所采用的开关管优选地包括开关部和与该开关部反相并联的续流二极管。例如，当开关管采用igbt模块来实现时，第一开关管501的第一端口可以是igbt模块的集电极，第二端口可以是igbt模块的发射极。当然，在本发明的其他实施例中，上述开关管还可以采用其他合理器件(例如igct)来实现，本发明并不对此进行具体限定。

本实施例中，第二开关管503的第一端口与第一开关管501的第二端口连接，其第二端口形成短路保护模块的第二负极端口。该短路保护模块能够通过其第二负极端口来与其他短路保护模块连接。

如果第一开关管501和第二开关管503均采用igbt模块来实现的话，形成第一开关管501的igbt模块的发射极也就会与形成第二开关管503的igbt模块的集电极连接，而形成第二开关管503的igbt模块的发射极也就会形成该短路保护模块的第二负极端口。

本实施例中，第二直流电容504的一端与电感502的第二端口连接，另一端则与第二开关管503的第二端口连接。

对于现有的船舶直流电网短路保护装置来说，当dc+母线上某个开关器件损坏后，该装置将无法实现故障断开操作。针对该问题，如图5所示，本实施例中，该短路保护模块还包含有第三开关管505。其中，第三开关管505的第一端口形成该短路保护模块的第一负极端口，从而通过该第一负极端口来与直流组网电推装置的负极连接，其第二端口与第二开关管503的第二端口连接。

第三开关管505优选地能够与第一开关管501同时关断或导通，这样也就可以使得船舶电网存在正负极母线同时关断这种冗余性较高的保护模式。同时，正负极母线正极与负极所对应的开关管中的一个关闭都可以切断回路，从而停止对外供电。

由此可见，本发明结合船舶直流电网的特征，通过研究发现船舶电网适宜采用正负极母线同时关断这种冗余性较高的保护模式。因此，本实施例所提供的船舶直流电网纯固态短路保护装置引入了设置在直流母线负极的第三开关管，其能够在不影响能量调配、限流/功率控制的的条件下增强故障关断的冗余性。

需要指出的是，在本发明的其他实施例中，当不配置第三开关管505时，第二开关管503的第二端口也就会在形成短路保护模块的第二负极端口的同时，还会形成该短路保护模块的第一负极端口。

如图5所示，本实施例中，该短路保护装置优选地还包括第一斩波电路403。其中，第一斩波电路403连接在该短路保护模块的第一正极端口与第一负极端口之间。

具体地，本实施例中，第一斩波电路403优选地包括：第四开关管507、斩波电阻508和第五开关管509。其中，第四开关管507的第一端口与短路保护模块的第一正极端口连接，其第二端口与第五开关管509的第一端口连接，第五开关管509的第二端口则与该短路保护模块的第一负极端口连接。斩波电阻508的一端与第四开关管507的第二端口连接，另一端则与短路保护模块的第一负极端口连接。

本实施例中，如图5所示，该第一斩波电路403还包括第一直流电容510。其中，第一直流电容501的一端与第四开关管507的第一端口连接，另一端则与第五开关管509的第二端口连接。这样第一直流电容501也就等效为连接在该短路保护模块的第一正极端口与第一负极端口之间。

需要指出的是，在本发明的其他实施例中，上述第五开关管509还可以采用符合要求的钳位二极管来代替。此时，钳位二极管的正极需要与短路保护模块的第一负极端口连接，而负极则为需要与第四开关管的第二端口连接。

当然，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，第一斩波电路403中还可以不配置第五开关管509，本发明并不对此进行具体限定。

本实施例中，正常工作状态下母线负极的第三开关管505处于开通状态，当电流从左至右流动时，正极母线上的第一开关管501不断的开通、关断，从而实现降压并将能量传输到中间电容(即第二直流电容504)。

当电流反向流动时，短路保护模块优选地会先开启正负极间的开关管(即第二开关管503)，然后在其关断的瞬间开通正极母线上的开关管(即第一开关管501)，从而将一个高压推送至左侧电容实现升压过程。

当正极母线开关关断后继续开启正负极间的开关管以此循环。

位于右侧的短路保护模块的结构与位于左侧的短路保护模块的结构完全一致，左右两侧的短路保护模块共同实现降压-升压的背靠背型dc/dc能量调度控制。

本实施例中，当控制系统监测到短路保护装置两端某一侧出现短路时，其优选地可以通过识别到的短路级别来采取限流控制、反向能量调度控制和直接关断正负极母线上的四个开关管等控制方式来实现正常部分的电网隔离保护。

正常工作状态下正负极母线上的四个开关管包括导通状态，电流可任意双向流动。而当控制系统监测到短路保护装置两端某一侧出现短路时，其优选地会控制正负极母线上的四个开关管关断，同时开启斩波电路以降低短路保护装置两端的瞬间电压。需要指出的是，为了优化短路保护装置关断瞬间开关管间的电压差，本实施例中，在控制正负极直流母线上的四个开谷管关断时，优选地会将斩波电路配置为开通状态，从而通过斩波电路上的开关管实现斩波，以形成阻值更小的rl回路。

本实施例中，如图5所示，当短路保护装置两端某一侧出现短路时，保护性关断的特点都是离短路区域远端一侧的一对开关管起到实际关断作用，短路区域近端一侧正负极直流母线上的开关管中的两个续流二极管、正负极两端的续流二极管以及该侧开关管两侧母排上的杂散电感共同组成瞬态续流回路，抬升远端一侧开关管关断后端的电压。

本实施例中，考虑到不同的短路保护模块之间通常有较长的直流母排，其杂散电感会导致故障情况下关断瞬间在开关管外侧产生瞬时感应高压。因此，从降低关断瞬间开关外侧的瞬时电压出发，本实施例中，该短路保护模块将斩波电路融入到带冗余的dc/dc型保护装置中，并就近布置在开关管外侧。

带冗余和斩波的dc/dc型短路保护装置采取斩波和断路器同柜设计的结构，这样既保证了原有斩波功能，又可以在故障断开动作的同时控制开启斩波通过斩波回路(等效rl回路)降低开关管外侧的过电压。

需要指出的是，当短路保护装置采用一体化布置时，不同短路保护模块优选地共用第二直流电容。例如，针对于图5所示的电路，当短路保护装置采用一体化布置时，其电路结构将会对应变化为图6所示的结构。

实施例二：

图7示出了本实施例中船舶直流电网短路保护装置的具体结构示意图。其中，由于各个短路保护模块的结构相同，因此为了描述的方便，以下仅以其中一个短路保护模块为例来作重点说明。

如图7所示，本实施例中，第一短路保护模块401包括：第一开关管701、第一二极管702、第二开关管703、第一电感704和第二电感705。其中，第一开关管701的第一端口形成第一短路保护模块的第一正极端口，以用于与对应的直流组网电推装置的正极连接，其第二端口与第一电感704的第一端口连接。第一电感704的第二端口则形成第一短路保护模块的第二正极端口，以用于通过直流母线来与其他短路保护模块(例如第二短路保护模块)的相应端口(例如第二正极端口)连接。

类似地，第二开关管703的第一端口形成第一短路保护模块的第一负极端口，以用于与对应的直流组网电推装置的负极连接，其第二端口与第二电感705的第一端口连接。第二电感705的第二端口则形成第一短路保护模块的第二负极端口，以用于通过直流母线来与其他短路保护模块(例如第二短路保护模块)的相应端口(例如第二负极端口)连接。

第一二极管702的正极与第二开关管703的第二端口连接，其负极与第一开关管701的第二端口连接。

具体地，本实施例中所采用的开关管优选地包括开关部和与该开关部反相并联的续流二极管。例如，当开关管采用igbt模块来实现时，第一开关管701的第一端口可以是igbt模块的集电极，第二端口可以是igbt模块的发射极。

当然，在本发明的其他实施例中，上述开关管还可以采用其他合理器件(例如igct)来实现，本发明并不对此进行具体限定。

对于现有的船舶直流电网短路保护装置来说，当dc+母线上某个开关器件损坏后，该装置将无法实现故障断开操作。针对该问题，本实施例中，第一短路保护模块由于包含有第二开关管703。其中，第二开关管703优选地能够与第一开关管701同时关断或导通，这样也就可以实现船舶电网存在正负极母线同时关断这种冗余性较高的保护模式。同时，正负极母线正极与负极所对应的开关管中的一个关闭都可以切断回路，从而停止对外供电。

由此可见，本发明结合船舶直流电网的特征，通过研究发现船舶电网适宜采用正负极母线同时关断这种冗余性较高的保护模式。因此，本实施例所提供的船舶直流电网短路保护装置引入了设置在直流母线负极的第二开关管，其能够在不影响能量调配、限流/功率控制的的条件下增强故障关断的冗余性。

需要指出的是，在本发明的其他实施例中，当不配置第二开关管703时，第一二极管的正极也就会在形成短路保护模块的第二负极端口，而第二电感705原理不予第一二极管连接的一端也就会形成第一短路保护模块的第一负极端口。

同时，考虑去掉dc/dc的能量调度、双向调压功能，本实施例所提供的短路保护装置仅保留瞬态关断和正常通流功能。这样带来的变化是，本实施例中第一短路保护模块可以省去拓扑中的电抗器、电容器，通过省去电抗器也就节约了大量空间，而通过省去电容器可减少开关关断后流过正负极母线上二极管电流的持续时间。

本实施例中，由于去掉了dc/dc功能后无需考虑升压功能，因此本实施例中第一短路保护模块也就可以省去正负母线间的开关器件。考虑到短路保护装置(详细来讲是起关断作用的一组开关管)左右两侧由较长的母排/线缆连接，其杂散电感会导致故障关断瞬间开关管两侧出现过电压超标，因此第一短路保护模块的第一开关管与第二开关管之间还设置了二极管，以为开关管关断时刻续流，从而有助于提高关断后端的电压值而实现降低开关管间电压差，防止损坏开关器件。

需要指出的是，本实施例中，第一电感704和第二电感705还可以表示连接母排或是导线的杂散电感，其电感值通常为微亨级。

考虑到保护装置两端有较长的直流母排，其杂散电感会导致故障情况下关断瞬间在开关管外侧(c极)产生瞬时感应高压。因此，本实施例中，从降低关断瞬间开关外侧的瞬时电压出发，该短路保护装置优选地还包括斩波电路。其中，第一斩波电路403连接在第一短路保护模块的第一正极端口与第一负极端口之间。

具体地，本实施例中，第一斩波电路403优选地包括：第三开关管706、斩波电阻707和第四开关管708。其中，第三开关管706的第一端口与第一短路保护模块的第一正极端口连接，其第二端口与第四开关管708的第一端口连接，第四开关管708的第二端口则与第一短路保护模块的第一负极端口连接。斩波电阻707的一端与第三开关管706的第二端口连接，另一端则与第一短路保护模块的第一负极端口连接。

本实施例中，如图7所示，该短路保护模块还包括第一直流电容709。其中，第一直流电容709的一端与第三开关管706的第一端口连接，另一端则与第四开关管708的第二端口连接。这样第一直流电容709也就等效为连接在该短路保护模块的第一正极端口与第一负极端口之间。

需要指出的是，在本发明的其他实施例中，上述第四开关管708还可以采用符合要求的钳位二极管来代替。此时，钳位二极管的正极需要与第一短路保护模块的第一负极端口连接，而负极则为需要与第四开关管的第二端口连接。

当然，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，第一斩波电路403中还可以不配置第四开关管708，本发明并不对此进行具体限定。

本实施例中，正常工作状态下正负极母线上的四个开关管处于导通状态，电流可任意双向流动。当控制系统监测到短路保护装置两端某一侧出现短路时，会控制正负极母线上的四个开关管关断，同时开启斩波电路以降低短路保护装置两端的瞬间电压。需要指出的是，为了优化短路保护装置关断瞬间开关管间的电压差，本实施例中，在控制正负极直流母线上的四个开谷管关断时，优选地会将斩波电路配置为开通状态，从而通过斩波电路上的开关管实现斩波，以形成阻值更小的rl回路。

对于如图5所示的拓扑，其保护性关断的特点都是离短路区域远端一侧的一对开关管起实际关断作用，短路区域近端一侧正负极母线开关管上的两个二极管、正负极两端的二极管以及该侧开关管两测母排上的杂散电感共同组成瞬态续流回路，抬升远端一侧开关管关断后端的电压。

本实施例中，考虑到不同的短路保护模块之间通常有较长的直流母排，其杂散电感会导致故障情况下关断瞬间在开关管外侧产生瞬时感应高压。因此，从降低关断瞬间开关外侧的瞬时电压出发，本实施例中，该短路保护模块将斩波电路融入到带冗余的dc/dc型保护装置中，并就近布置在开关管外侧。

带冗余和斩波的dc/dc型短路保护装置采取斩波和断路器同柜设计的结构，这样既保证了原有斩波功能，又可以在故障断开动作的同时控制开启斩波通过斩波回路(等效rl回路)降低开关管外侧的过电压。

同时，需要指出的是，当短路保护装置采用一体化布置时，不同短路保护模块优选地共用二极管。例如，这针对于图7所示的电路，当短路保护装置采用一体化布置时，其电路结构将会对应变化为图8所示的结构。

从上述描述中可以看出，本发明所提供的船舶直流电网纯固态短路保护装置在具备冗余关断保护能力的同时具备直流母线间能量调配、电压控制、电流/功率限制等功能，其能够实现直流电网的主动可控。

该短路保护装置采用了背靠背式dc/dc的优化结构，这样也就可以形成分段式拓扑，每侧各自成柜，柜体完全镜像对称，两部分连接起来共同构成一组短路保护装置。这种结构能够使每组短路保护装置都平均分布在需电气连接的变流柜两端，从而保证了短路保护装置置入柜体后两侧柜体的对称性。同时，变流柜两端布置半个保护装置(即各一个短路保护模块)后，能够方便若干组变流柜组成主流母线或直流环网，从而极大地提高了装置的工程应用适应性。

而各个短路保护某开可以独立控制，这样也就可以独立控制半柜内的斩波和单侧保护模块动作，从而保证关断与斩波的实时协同性，继而高精度时序控制确保固态开关关断瞬间过电压抑制的可靠性。

同时，该短路保护装置采用正负极冗余关断拓扑结构，这样也就可以保证某一开关管失效时整个装置仍然能够正常通过电流并且能够在故障时正常关断，从而提高了整个装置的可靠性。

此外，该短路保护装置采用了开关管对称续流方式续流抬升固态断路器关断瞬间开关桥之间的电压，其替代了旁路rlc电路和mov电路来消除固态开关关断瞬间开关两侧的过电压，这样也就省去rlc和mov电路减少器件数量，从而有助于降低整个装置的成本并减小其体积。

同时，该短路保护装置的正负极端口间引入了斩波回路，这样也就使得斩波回路除了直流母线过电压抑制功能外，也具备协同抑制固态开关故障关断瞬间开关桥外侧过电压的功能。在控制器控制装置分断时开启斩波，斩波回路能够形成一个rl回路抑制关断瞬间产生的高压，从而实现一装置两个用途，并进一步降低了短路故障时固态开关关断瞬间的过电压，提升了保护装置的综合性能。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。