[發(fā)明專利]基于超導(dǎo)斷路器的電力飛機(jī)直流保護(hù)系統(tǒng)及其工作方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310047707.7
• 申請日: 2023-01-31
• 公開（公告）號: CN116131232A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·穆罕默德;余曉龍;曹舒直;于文清
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02H9/02;H02H3/087;H02M7/04
• 代理公司: 徐州千秋知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32556
• 代理人: 周敏

1.一種基于超導(dǎo)斷路器的電力飛機(jī)直流保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括串聯(lián)的故障電流限制模塊與故障電流開斷模塊，故障電流開斷模塊包括主直流支路、緩沖支路、換流支路、充電支路，主直流支路包括串聯(lián)的快速開關(guān)S₁、斷路器CB，緩沖支路包括串聯(lián)的緩沖電阻R₁與緩沖電容C₁，換流支路包括串聯(lián)的快速開關(guān)S₂、換流電感L、換流電容C，充電支路包括串聯(lián)的快速開關(guān)S₃與充電電阻R_C，緩沖支路、換流支路均并聯(lián)在在斷路器CB兩端，充電支路靠近充電電阻R_C的一端接地，靠近快速開關(guān)S₃的一端連接在快速開關(guān)S₂、換流電感L之間。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超導(dǎo)斷路器的電力飛機(jī)直流保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，故障電流限制模塊包括并聯(lián)的超導(dǎo)帶材R_S，分流電阻R_P。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超導(dǎo)斷路器的電力飛機(jī)直流保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，斷路器CB為機(jī)械斷路器。

4.權(quán)利要求1至3任一項所述的基于超導(dǎo)斷路器的電力飛機(jī)直流保護(hù)系統(tǒng)的工作方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1：正常運(yùn)行時，超導(dǎo)帶材R_S通流，斷路器CB處于合閘狀態(tài)，快速開關(guān)S₁、S₃均閉合，快速開關(guān)S₂斷開，此時，換流電容C處于充電狀態(tài)；換流電容C處于充電狀態(tài)時兩端電壓：

U_C＝E

其中，U_C為換流電容C處于充電狀態(tài)時兩端電壓，E為系統(tǒng)等效電壓；

S2：發(fā)生直流路故障時，故障電流限制模塊的超導(dǎo)帶材R_S迅速失超，響應(yīng)并開始限制電流上升，同時部分系統(tǒng)電流向分流電阻R_P轉(zhuǎn)移；利用下式計算超導(dǎo)帶材R_S的動態(tài)阻抗：

其中，R_SC為超導(dǎo)帶材R_S完全失超后的最大阻值，τ_R為時間常數(shù)，t為系統(tǒng)的運(yùn)行時間，t₀是臨界電流流經(jīng)超導(dǎo)帶材R_S的時刻；

S3：當(dāng)電流水平符合斷路器CB分閘操作后，斷路器CB分閘，達(dá)到安全開距后，快速開關(guān)S₂閉合，同時快速開關(guān)S₃斷開，換流電容C放電產(chǎn)生高頻反向電流，與流向斷路器CB的電流疊加制造過零點(diǎn)；利用下式計算換流支路的放電電流：

其中，U_C為換流電容C處于充電狀態(tài)時兩端電壓，R為換流支路電阻，ω為頻率；

S4：斷路器CB成功關(guān)斷后，剩余電流全部轉(zhuǎn)移至換流支路，將短路電流限制到安全范圍后，快速開關(guān)S₁斷開，切斷剩余電流，清除短路故障。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于超導(dǎo)斷路器的電力飛機(jī)直流保護(hù)系統(tǒng)的工作方法，其特征在于：步驟S3中，故障電流限制模塊配合故障電流開斷模塊消耗剩余能量，加快故障的隔離時間。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于超導(dǎo)斷路器的電力飛機(jī)直流保護(hù)系統(tǒng)的工作方法，其特征在于：故障電流限制模塊配合故障電流開斷模塊吸收殘余能量具體過程如下：

超導(dǎo)帶材R_S失超呈現(xiàn)阻性，不僅可以抑制故障電流的上升率以及大小，也可以一直消耗剩余能量，其消耗能量的表達(dá)式表示為：

其中，R_SC為超導(dǎo)帶材R_S完全失超后的最大阻值，i_f(t)為t₅-t₇時間段內(nèi)流過故障電流限制模塊中超導(dǎo)帶材的故障電流。