用于增强的选择性的DC电路保护设备的制作方法

本公开涉及直流(dc)系统，并且更具体地，一些实施例涉及非常适合于提供高选择性的dc保护电路、设备和方法。

背景技术：

1、由于dc操作的电网可能比交流(ac)操作的电网具有许多优点，所以直流(dc)电网正变得越来越突出。例如，dc配电的一个公认的优点是，它通过消除ac配电系统所需的某些功率转换步骤来提供改进的效率，其中，ac配电系统将ac功率带到负载装备，在负载装备处ac功率被转换成dc。此外，dc电网特别适合与可再生能源、存储设备和电动汽车集成。

2、然而，在dc电网的广泛实施中的一个挑战涉及提供保护(例如，过流保护)，并且特别是提供选择性保护；即，能够隔离故障(例如，短路条件)的保护，以便仅断开出现故障的电网部分，使得电网的其余部分不断开并继续正常操作。在网状配电拓扑中(例如，其中向总线供应电流的多个dc源中的一个或多个可能被断开，从而可能限制使下游断路器跳闸所需的电流)以及在具有双向功率流的dc电网中，诸如在网状网络的各种节点处(例如，在源处)和/或在耦合到有时可以由dc电网网络(其可以是或可以不是网状网络)的dc总线充电并且在其他时间可以向dc电网网络的dc总线供应功率的一个或多个设备(例如，电池或其他能量存储设备)的节点处，提供这种选择性保护可能甚至更具挑战性。

3、因此，仍然需要改进的dc保护设备(例如，断路器)和相关联的方法，并且特别需要能够选择性地可靠地检测和清除故障(例如，过流条件)的改进的dc保护设备，并且该改进的dc保护设备也非常适合于各种配电拓扑(例如，网状)以及可针对双向功率流及单向功率流来实施。

技术实现思路

1、本公开描述了固态dc保护设备(在本文也称为固态电路断路器)的各种说明性实施例，该固态dc保护设备提供快速检测和清除过流故障，并以高选择性区分和选择性清除过载条件，并且该固态dc保护设备可以实施为单向保护设备或双向保护设备。一些实施例提供了dc固态保护设备，其包括电容器，该电容器被配置为使得在短路条件的情况下，电容器提供固态保护设备检测指示短路条件的电流所需的所有短路电流，并导致固态开关断开，从而使固态保护设备跳闸。

2、固态dc保护设备的一些实施例包括：第一上游端子，用于耦合到dc电源；第一下游端子；至少一个固态开关设备，每个固态开关设备串联耦合在第一上游端子和第一下游端子之间，至少一个固态开关设备中的每一个固态开关设备具有第一端子、第二端子和第三端子，第一端子、第二端子和第三端子可操作来选择性地使固态开关设备在(i)闭合状态和(ii)断开状态之间切换，在闭合状态中，第一端子通过低阻抗导电耦合到第二端子，断开状态包括在第一端子和第二端子之间的高阻抗；控制电路，被配置为(i)感测在第一上游端子和第一下游端子之间传导的电流，以及(ii)选择性地使至少一个固态开关设备中的每一个固态开关设备在闭合状态和断开状态之间切换；电容器，其耦合到至少一个固态开关设备中的每一个固态开关设备，并且被配置为存储足够的电荷，使得在针对第一上游端子和第一下游端子中的至少一个的短路条件的情况下，电容器经由至少一个固态开关设备之一供应控制电路检测指示短路条件的电流所需的所有短路电流；并且其中，控制电路响应于感测到经由至少一个固态开关设备之一传导的电流满足符合短路条件的阈值电流水平，使得至少一个固态开关设备在闭合状态和断开状态之间切换，从而在第一上游端子和第一下游端子之间产生断路条件。

3、在各种实施例中，固态dc保护设备可以被配置为单向保护设备或双向保护设备。这种双向保护设备能够针对第一上游端子和第一下游端子中的任何一个上的短路条件提供保护。

4、在一些实施例中，控制电路被配置为独立地从第一上游端子和第一下游端子两者供应功率。

5、在一些实施例中，固态dc保护设备可以包括至少一个电感器，该至少一个电感器串联耦合在第一上游端子和第一下游端子之间并被配置为控制短路电流的变化率。

6、一些实施例还可以包括预充电电路，该预充电电路被配置为在固态dc保护设备被启用之前对电容器进行预充电。在各种实施例中，电容器由电容器组的单个电容器的选择性耦合来配置。

7、在一些实施例中，固态dc保护设备可以包括机电开关，该机电开关串联耦合在第一上游端子和第一下游端子之间，其中，控制电路被配置为在控制电路使至少一个固态开关设备在闭合状态和断开状态之间切换之后的时间延迟处使机电开关从闭合状态切换到断开状态。

8、在一些实施例中，固态dc保护设备可以包括至少一个二极管，该至少一个二极管被配置为在控制电路使至少一个固态开关设备在闭合状态和断开状态之间切换之后传导负载电流。

9、本领域技术人员将理解，前述简要描述和以下关于附图的描述是对本发明的一些实施例的说明性和解释性的，并且既不代表也不包括本发明范围内的所有主题和实施例，也不旨在限制或表征本发明或限制由本发明的实施例可以实现的优点，也不旨在要求本发明必须提供这里关于一些实施例描述的优点中的一个或多个。因此，在本文引用并构成本文一部分的附图示出了本发明的一些实施例，并且与详细描述一起用于解释本发明的一些实施例的原理。

技术特征：

1.一种dc保护器设备，包括：

2.根据权利要求1所述的dc保护设备，其中，所述dc保护设备被配置为单向保护设备。

3.根据权利要求1所述的dc保护设备，其中，所述dc保护设备被配置为双向保护设备，其能够针对所述第一上游端子和所述第一下游端子中的任何一个上的短路条件提供保护。

4.根据前述权利要求中任一项所述的dc保护设备，其中，所述控制电路被配置为独立地从所述第一上游端子和所述第一下游端子两者供应功率。

5.根据前述权利要求中任一项所述的dc保护设备，还包括至少一个电感器，所述至少一个电感器串联耦合在所述第一上游端子和所述第一下游端子之间并被配置为控制所述短路电流的变化率。

6.根据前述权利要求中任一项所述的dc保护设备，还包括预充电电路，所述预充电电路被配置为在所述dc保护设备被启用之前对所述电容器进行预充电。

7.根据前述权利要求中任一项所述的dc保护设备，其中，所述电容器由电容器组的各个电容器的选择性耦合来配置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的dc保护设备，还包括机电开关，所述机电开关串联耦合在所述第一上游端子和所述第一下游端子之间，其中，所述控制电路被配置为在所述控制电路使所述至少一个固态开关设备在所述闭合状态和所述断开状态之间切换之后的时间延迟处使所述机电开关从闭合状态切换到断开状态。

9.根据前述权利要求中任一项所述的dc保护设备，还包括至少一个二极管，所述至少一个二极管被配置为在所述控制电路使所述至少一个固态开关设备在所述闭合状态和所述断开状态之间切换之后传导负载电流。

10.一种网状微电网系统，包括多个dc节点，所述多个dc节点通过分支彼此电连接，分支的每一端经由根据权利要求2所述的单向保护设备连接到节点。

技术总结
一些实施例提供了DC固态保护设备，其包括电容器，该电容器被配置为使得在短路条件的情况下，电容器提供固态保护设备检测指示短路条件的电流所需的所有短路电流，并导致固态开关断开，从而使固态保护设备跳闸。

技术研发人员：H·D·斯托克曼,P·科利奥斯
受保护的技术使用者：DC系统有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16