CN103647537A - 一种取能送能装置及高压电子式直流断路器 - Google Patents

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姚为正
张建
何青连
马俊民
李生林
张学成
常忠廷
秦伟伟
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Abstract

本发明涉及一种取能送能装置及高压电子式直流断路器，本发明采用灯光源照射位于高电位的太阳能电池板，成功的把能量送到位于高电位的太阳能电池板，解决了高电位电源的高压绝缘问题，又通过多级级联耦合的低压变压器解决了为多级串联的IGBT提供驱动回路电源的问题以及IGBT级间的绝缘耐压问题。本发明为高压电子式直流断路器的工程化应用创造了条件。

Description

一种取能送能装置及高压电子式直流断路器
技术领域
本发明涉及高压直流输电技术领域，特别是为高压直流设备供电的装置，以及采用这种装置的一种高压电子式直流断路器。 
背景技术
高压电子式直流断路器有高压直流隔离开关、辅助电子式开关及主电子式开关等几部分组成（见图1）。其中辅助电子式开关及主电子式开关是有多级IGBT串联而成。对于200kV以上的直流***，电子式开关的对地绝缘电压要求很高，且高压电子式直流断路器在正常工作情况下，两端是直通的，两端电压为零，而且主回路中流过的电流是直流电，无法通过感应式互感器取得能源，因此电子式开关的取能送能是高压电子式直流断路器能否工程化应用的关键。尽管在理论上采用高压送能变压器可以实现高电位电子开关的送能取能问题，事实上，对于高电压的送能变压器而言，其一，要求其对地绝缘电压非常高，对于直流200kV的直流***而言，其对地绝缘耐受电压就达400kV以上；其二，由于高电位电子开关中IGBT需要的驱动能量并不大，这就决定了送能变压器是小容量且耐高压的特性，但是对于这种小容量耐高压的送能变压器而言，其制造难度非常大，而且成本极高，目前，没有厂家愿意生产这种价值不高而制造难度非常大的高压送能变压器。 
对于其它位于高电位的高压电子式设备，也存在取能送能的问题。所以，现在亟需一种为高压直流电子设备供电的取能送能装置。 
发明内容
本发明的目的是提供一种为高压电子设备供电的取能送能装置，用以解决位于高电位的直流电子设备取能送能困难的问题。另外，本发明也提供了一种利用上述取能送能装置的高压电子式直流断路器。 
为实现上述目的，本发明的方案包括： 
一种取能送能装置，包括太阳能电池板和用于为高压直流电子设备送电的变流装置，以及独立于太阳能电池板、用于照射太阳能电池板的灯光源，太阳能电池板输出连接变流装置。 
所述变流装置为DC/DC装置。 
所述变流装置为DC/AC-变压器-AC/DC装置，变压器为多级串联结构：第一级变压器原边连接DC/AC单元的输出端，第一级变压器副边连接第二级变压器原边，依次类推，后一级变压器原边连接前一级变压器副边；各级变压器的副边均接设有输出端子，各级输出端子均连接对应的AC/DC单元。 
DC/AC单元输出端也接设有对应的输出端子。 
一种高压电子式直流断路器，其辅助电子式开关和主电子式开关均由至少两个阀段串联构成，每个阀段由至少两个IGBT串联而成，每个阀段对应设有一个取能送能装置，取能送能装置包括太阳能电池板和用于为IGBT送电的变流装置，以及独立于太阳能电池板、用于照射太阳能电池板的灯光源，太阳能电池板输出连接变流装置；所述变流装置为DC/AC-变压器-AC/DC装置，变压器为多级串联结构：第一级变压器原边连接DC/AC单元的输出端，第一级变压器副边连接第二级变压器原边，依次类推，后一级变压器原边连接前一级变压器副边；各级变压器的副边均接设有输出端子，各级输出端子均连接对应的AC/DC单元。 
DC/AC单元输出端也接设有对应的输出端子和AC/DC单元。 
本发明采用灯光源照射安装于高电位的太阳能电池板（灯光源独立于高电位的太阳能电池板，可以设置在地上），将能量送到高电位的太阳能电池板，太阳能电池板输出直流电，通过变流装置为电子设备供电。本发明不是采用高压送能变压器从其他电位（如地电位）送能到高压直流电子设备的高电位，而是采用光输送能量替代了之前的电气耦合关系，所以根本不存在送能变压器***与高压***之间的绝缘问题。 
变流装置可以采用DC/DC装置，这种情况适合于单个电子设备，如单个IGBT。 
进一步的，对于具有多个IGBT串联结构的电子设备，变流设备采用了DC/AC-变压器-AC/DC结构，太阳能电池板输出的直流电源通过DC/AC单元转换为低压交流电源，交流电 源再通过多级串联的低压变压器和对应的AC/DC单元，成功的把能量供给串联的每一级IGBT（即IGBT的驱动回路）。多级变压器结构保证了多个IGBT之间的级间绝缘（绝缘容易分配和实现）与隔离。 
如图2，各级变压器的副边均接设有输出端子，各级输出端子均连接对应的AC/DC单元，所述对应方式为：各级变压器从前级到后级排列方向与各IGBT的串联排列方向一致，保证IGBT级间绝缘等级均匀。 
本发明的取能送能装置用于高压电子式直流断路器，取代高压送能变压器，大大降低了高压电子式直流断路器的成本。而且，各级变压器与各IGBT相对应，便于实现整个设备的模块化。采用本发明所述的太阳能供电模式，成本低，实现容易，为高压电子式直流断路器的应用铺平了道路。 
附图说明
图1是高压电子式直流断路器一次***的拓扑结构图； 
图2是高压电子式直流断路器的送能取能装置原理图； 
图3是送能取能装置的一种实施方式。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。 
取能送能装置实施例 
如图3，一种取能送能装置，包括安装于高压直流电子设备所在高电位的太阳能电池板和用于为高压直流电子设备送电的变流装置，以及独立于太阳能电池板、用于照射太阳能电池板的灯光源，太阳能电池板输出连接变流装置。变流装置可以采用DC/DC装置等电力电子电源。高压直流电子设备为IGBT、晶闸管等设备，为它们供电即是指为IGBT、晶闸管等设备的驱动回路供电。本实施例的情况适合于单个电子设备，如单个IGBT。 
灯光源可以设置在地面上，灯光源与太阳能电池板保持一定的安全距离，以实现地电位与高电位电子开关之间的高电压隔离。并采取措施保证地电位的光源直接照射到太阳能电池板上，以提高光源的转换效率。 
如图2提供了一种为高压电子式直流断路器供电的取能送能装置，高压电子式直流断路器的辅助电子式开关和主电子式开关均由至少两个阀段串联构成，每个阀段由至少两个IGBT串联而成。以图2为例，每个阀段由四个IGBT（前一个阀段：1V1、1V2、1V3、1V4；后一个阀段：2V1、2V2、2V3、2V4）串联而成，每个阀段对应设有一个取能送能装置，取能送能装置包括太阳能电池板和用于为IGBT送电的变流装置，以及独立于太阳能电池板、用于照射太阳能电池板的灯光源，太阳能电池板输出连接变流装置；变流装置为DC/AC-变压器-AC/DC装置，变压器为多级串联结构的多个变压器：第一级变压器原边连接DC/AC单元的输出端，第一级变压器副边连接第二级变压器原边，依次类推，后一级变压器原边连接前一级变压器副边；各级变压器的副边均接设有输出端子，各级输出端子均连接对应的AC/DC单元。 
DC/AC单元输出端也接设有对应的输出端子和AC/DC单元，实现三个变压器为4个IGBT供电。上述变压器均为低压变压器。 
图2中主电子开关只有两个阀段串联组成，每个阀段有4个IGBT串联组成。实际上电子开关可能有更多的阀段组成，每个阀段有数个IGBT串联组成。 
关于高压电子式直流断路器的实施例，由于在以上实施例中已经涉及，不再赘述。 

Claims (6)

1.一种取能送能装置，其特征在于，包括太阳能电池板和用于为高压直流电子设备送电的变流装置，以及独立于太阳能电池板、用于照射太阳能电池板的灯光源，太阳能电池板输出连接变流装置。
2.根据权利要求1所述的一种取能送能装置，其特征在于，所述变流装置为DC/DC装置。
3.根据权利要求1所述的一种取能送能装置，其特征在于，所述变流装置为DC/AC-变压器-AC/DC装置，变压器为多级串联结构：第一级变压器原边连接DC/AC单元的输出端，第一级变压器副边连接第二级变压器原边，依次类推，后一级变压器原边连接前一级变压器副边；各级变压器的副边均接设有输出端子，各级输出端子均连接对应的AC/DC单元。
4.根据权利要求3所述的一种取能送能装置，其特征在于，DC/AC单元输出端也接设有对应的输出端子。
5.一种高压电子式直流断路器，其辅助电子式开关和主电子式开关均由至少两个阀段串联构成，每个阀段由至少两个IGBT串联而成，其特征在于，每个阀段对应设有一个取能送能装置，取能送能装置包括太阳能电池板和用于为IGBT送电的变流装置，以及独立于太阳能电池板、用于照射太阳能电池板的灯光源，太阳能电池板输出连接变流装置；所述变流装置为DC/AC-变压器-AC/DC装置，变压器为多级串联结构：第一级变压器原边连接DC/AC单元的输出端，第一级变压器副边连接第二级变压器原边，依次类推，后一级变压器原边连接前一级变压器副边；各级变压器的副边均接设有输出端子，各级输出端子均连接对应的AC/DC单元。
6.根据权利要求5所述的一种高压电子式直流断路器，其特征在于，DC/AC单元输出端也接设有对应的输出端子和AC/DC单元。
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