[發明專利]基于超導斷路器的電力飛機直流保護系統及其工作方法

在審

• 申請號: 202310047707.7
• 申請日: 2023-01-31
• 公開（公告）號: CN116131232A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: J·穆罕默德;余曉龍;曹舒直;于文清
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02H9/02;H02H3/087;H02M7/04
• 代理公司: 徐州千秋知識產權代理事務所(普通合伙) 32556
• 代理人: 周敏

本發明公開了一種基于超導斷路器的電力飛機直流保護系統及其工作方法，該系統包括：串聯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的快速開關Ssubgt;1/subgt;、斷路器CB，緩沖支路包括串聯的緩沖電阻Rsubgt;1/subgt;與緩沖電容Csubgt;1/subgt;，換流支路包括串聯的快速開關Ssubgt;2/subgt;、換流電感L、換流電容C，充電支路包括串聯的快速開關Ssubgt;3/subgt;與充電電阻Rsubgt;C/subgt;。本發明故障電流限制模塊不僅把故障電流抑制到較低水平，并且由于超導帶材的阻性特性，也會不斷消耗系統中積累的能量，可以快速清除故障，提高了清除故障的效率，降低了保護部分的制造成本。

技術領域

本發明涉及飛機的電力系統保護技術領域，具體涉及一種基于超導斷路器的電力飛機直流保護系統及其工作方法。

背景技術

為應對溫室氣體排放挑戰和緩解全球變暖問題，航空工業目前的趨勢是消除飛機中除電力形式的能源，因此多電飛機和全電飛機就成為了當前的研究熱點。但是龐大的電力需求對傳統的電力系統來說是不堪重負的，甚至是無法進行的。高溫超導電氣系統被認為是一個合理的新型解決方案，采用直流配電的架構，整個系統處于超導狀態下，線路電阻近似為零，使得直流輸電在傳輸過程中損耗降到最小。然而高壓直流發生直流故障時，短時間內急劇上升的故障電流將會嚴重影響整個電力系統的正常運行，因此，高壓直流輸電網絡的發展需要直流斷路器具備快速識別故障以及大電流開斷的能力，并且主要適應超導電力飛機系統的實際需求，即效率高，熱損耗小，否則會加劇整個電力系統的制冷系統的壓力。目前，市場上通用的開斷直流故障的斷路器主要有機械斷路器，混合斷路器和固態斷路器。然而，在新型的飛機電力系統背景下，機械式斷路器雖然可以開斷大電流故障，但開斷時間長，需要額外電源輔助系統；混合斷路器以及固態斷路器由大量電力電子開關(主要為IGBT)組成，成本高昂，而且系統運行時會存在較大的功率損耗，并且由于其本身不具有限流能力，當系統出現嚴重事故時，電力電子期間的耐過壓能力較弱的缺點就會引起設備損壞，加劇事故的發展。也就是說，市面上通用的保護方案對我們新型的飛機電力系統是不適用的，它們存在著開斷時間長或者成本高，損耗大等問題需要改善。

現有的通用的直流故障保護方案，對于使用機械式直流斷路器，存在開斷時間長，額外輔助支路多，造成成本高等缺點；對于混合斷路器或者固態斷路器，在超導電力系統的背景下，過多的電力電子開關會造成較大的熱量損耗，給整體的制冷系統造成額外的負擔，并且造價成本較高，不是保護飛機超導電力系統的第一選擇。對于不同的保護方案，均存在故障電流上升快，開斷故障電流大的缺點。

發明內容

為了解決上述現有的直流故障保護方案存在的問題，本發明提供一種基于超導斷路器的電力飛機直流保護系統及其工作方法，在直流輸電線路上發生短路故障時，由超導限流器迅速抑制故障電流的上升率以及大小，然后由改進后的機械式直流斷路器進行開斷故障電流，達到保護整個系統的目的。本發明保護系統克服了現有保護方案的成本高，損耗大，開斷時間長的缺點。為了實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于超導斷路器的電力飛機直流保護系統，包括串聯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的快速開關S₁、斷路器CB，緩沖支路包括串聯的緩沖電阻R₁與緩沖電容C₁，換流支路包括串聯的快速開關S₂、換流電感L、換流電容C，充電支路包括串聯的快速開關S₃與充電電阻R_C，緩沖支路、換流支路均并聯在在斷路器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S₃的一端連接在快速開關S₂、換流電感L之間。

優選地，故障電流限制模塊包括并聯的超導帶材R_S，分流電阻R_P。