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公開番号2024031883
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-07
出願番号2023134338
出願日2023-08-22
発明の名称ソリッドステートサーキットブレーカのための故障電流検出
出願人アーベーベー・シュバイツ・アーゲー,ABB Schweiz AG
代理人弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
主分類H02H 3/087 20060101AFI20240229BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ソリッドステートサーキットブレーカ(SSCB)を提供する。
【解決手段】SSCB302において、電流感知回路310は、電流パス304を通る電流を表す第1の出力を生成する。高di/dt故障検出回路326は、第1の出力に結合され、電流がトリップ電流レベルを超えることに応答して、第2の出力をアサートする。少なくとも1つのアナログ-デジタル変換器(ADC)318は、第1の出力のサンプルを生成し、ここで、少なくとも1つのADCは、高di/dt故障検出回路のdi/dt検出帯域幅よりも小さいdi/dt検出帯域幅を有する。MCU314は、第2の出力がアナログ故障検出回路によってアサートされているか又は電流パスを通る電流がトリップ電流レベルを超えることをサンプルが示すことのいずれかを非同期に決定することに応答して、少なくとも1つの制御信号316を利用して、SSCBを通じて電流パスを無効にする。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
ソリッドステートサーキットブレーカ（ＳＳＣＢ）であって、前記ＳＳＣＢは、
少なくとも１つの制御信号に基づいて、前記ＳＳＣＢを通じて電流パスを選択的に有効および無効にするように構成された少なくとも１つのソリッドステートスイッチと、
前記電流パスを通る電流を感知し、前記電流を表す第１の出力を生成するように構成された電流感知回路と、
前記第１の出力に結合され、前記電流パスを通る前記電流が前記ＳＳＣＢについてのトリップ電流レベルを超えることに応答して、第２の出力をアサートするように構成されたアナログ故障検出回路と、ここで、前記アナログ故障検出回路は第１のｄｉ／ｄｔ検出帯域幅を有し、
前記第２の出力に結合されたコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
（ａ）少なくとも１つのアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を利用して、前記第１の出力のサンプルを生成し、ここで、前記少なくとも１つのＡＤＣは前記第１のｄｉ／ｄｔ検出帯域幅よりも小さい第２のｄｉ／ｄｔ検出帯域幅を有し、
（ｂ）前記サンプルに基づいて、前記電流パスを通る電流を計算し、
（ｃ）前記電流パスを通る前記計算された電流が前記ＳＳＣＢについての前記トリップ電流レベルを超えるかどうかを決定し、
（ｄ）前記計算された電流が前記ＳＳＣＢについての前記トリップ電流レベルを超えると決定することに応答して、前記少なくとも１つの制御信号を利用して、前記ＳＳＣＢを通じて前記電流パスを無効にし、
（ｅ）（ａ）、（ｂ）および（ｃ）と共に、前記第２の出力がアサートされるかどうかを決定し、
（ｆ）前記第２の出力がアサートされると決定することに応答して、前記少なくとも１つの制御信号を利用して、前記ＳＳＣＢを通じて前記電流パスを無効にする
ように構成されている、ソリッドステートサーキットブレーカ（ＳＳＣＢ）。
続きを表示（約 2,400 文字）【請求項２】
前記アナログ故障検出回路は、
前記電流パスを通る前記電流のｄｉ／ｄｔの大きさを決定し、
前記電流の前記ｄｉ／ｄｔの大きさに基づいて、前記トリップ電流レベルの値を修正する
ようにさらに構成される、請求項１に記載のＳＳＣＢ。
【請求項３】
前記電流感知回路の前記第１の出力に結合されたトリップレベルセレクタをさらに備え、前記トリップレベルセレクタが、
前記電流パスを通る電流の極性を決定し、
前記極性に基づいて、前記トリップ電流レベルの値を修正する
ように構成される、請求項１に記載のＳＳＣＢ。
【請求項４】
前記極性に基づいて、前記トリップ電流レベルの値を修正する少なくとも１つのプログラム可能な基準を生成するように構成される少なくとも１つのデジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ）
をさらに備え、
前記コントローラが、前記トリップレベルセレクタまたは前記少なくとも１つのプログラム可能な基準のいずれかを前記トリップ電流レベルの修正器として選択する基準選択信号を生成するようにさらに構成される、請求項３に記載のＳＳＣＢ。
【請求項５】
前記少なくとも１つのソリッドステートスイッチが、逆並列ソリッドステートスイッチのペアを備え、前記ＳＳＣＢが、双方向ブレーカとして構成され、
前記ＳＳＣＢが、逆並列ソリッドステートスイッチの前記ペアにわたる電圧極性を表す第３の出力を生成するように構成された電圧極性検出回路をさらに備え、
前記コントローラが、
前記少なくとも１つのＡＤＣを使用して、前記電圧極性検出回路の前記第３の出力を測定し、
前記測定に基づいて、逆並列ソリッドステートスイッチの前記ペアの前記電圧極性を決定し、
前記電圧極性に基づいて、逆並列ソリッドステートスイッチの前記ペアのうちのどちらを導通するかを前記少なくとも１つの制御信号を利用して入れ替える
ようにさらに構成される、請求項１に記載のＳＳＣＢ。
【請求項６】
前記コントローラが、
逆並列ソリッドステートスイッチの前記ペアにわたる電圧が０ボルトの閾値量内にあるかどうかを決定し、
前記電圧が０ボルトの前記閾値量内にあると決定することに応答して、前記少なくとも１つの制御信号を利用して、逆並列ソリッドステートスイッチの前記ペアをオフにする
ようにさらに構成される、請求項５に記載のＳＳＣＢ。
【請求項７】
前記少なくとも１つのソリッドステートスイッチが、逆阻止集積ゲート整流サイリスタ（ＲＢ－ＩＧＣＴ）を備え、前記ＳＳＣＢが、一方向ブレーカとして構成され、
前記ＳＳＣＢが、前記ＲＢ－ＩＧＣＴにわたる電圧極性を表す第３の出力を生成するように構成された電圧極性検出回路をさらに備え、
前記コントローラが、
前記少なくとも１つのＡＤＣを使用して、前記電圧極性検出回路の前記第３の出力を測定し、
前記測定に基づいて、前記ＲＢ－ＩＧＣＴにわたる前記電圧極性が反転したかどうかを決定し、
前記ＲＢ－ＩＧＣＴにわたる前記電圧極性が反転したと決定することに応答して、前記少なくとも１つの制御信号を利用して、前記ＳＳＣＢを通じて前記電流パスを無効にする
ようにさらに構成される、請求項１に記載のＳＳＣＢ。
【請求項８】
ソリッドステートサーキットブレーカ（ＳＳＣＢ）を動作させる方法であって、前記ＳＳＣＢは、第１のｄｉ／ｄｔ検出帯域幅を有するアナログ故障検出回路と、前記第１のｄｉ／ｄｔ検出帯域幅よりも小さい第２のｄｉ／ｄｔ検出帯域幅を有する少なくとも１つのアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）とを備え、前記方法が、
（ａ）前記少なくとも１つのＡＤＣを利用して、電流感知回路の第１の出力のサンプルを生成することと、ここで、前記第１の出力は前記ＳＳＣＢの電流パスを通る電流を表し、
（ｂ）前記サンプルに基づいて、前記電流パスを通る電流を計算することと、
（ｃ）前記電流パスを通る前記計算された電流が前記ＳＳＣＢについてのトリップ電流レベルを超えるかどうかを決定することと、
（ｄ）前記計算された電流が前記ＳＳＣＢについての前記トリップ電流レベルを超えると決定することに応答して、前記ＳＳＣＢを通る前記電流パスを無効にすることと、
（ｅ）（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）と共に、前記アナログ故障検出回路の第２の出力がアサートされるかどうかを決定することと、ここで、前記アナログ故障検出回路が、前記電流パスを通る前記電流が前記ＳＳＣＢについての前記トリップ電流レベルを超えることに応答して、前記第２の出力をアサートするように構成され、
（ｆ）前記第２の出力がアサートされると決定することに応答して、前記ＳＳＣＢを通る前記電流パスを無効にすることと
を備える、方法。
【請求項９】
前記アナログ故障検出回路によって、前記電流パスを通る前記電流のｄｉ／ｄｔの大きさを決定することと、
前記アナログ故障検出回路によって、前記電流の前記ｄｉ／ｄｔの前記大きさに基づいて、前記トリップ電流レベルの値を修正することと
をさらに備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記電流感知回路の前記第１の出力に結合されたトリップレベルセレクタによって、前記電流パスを通る前記電流の極性を決定することと、
前記トリップレベルセレクタによって、前記極性に基づいて、前記トリップ電流レベルの値を修正することと
をさらに備える、請求項８に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
[0001]本開示の分野は、故障検出に関し、より詳細には、高ｄｉ／ｄｔ故障電流をもたらし得る故障に対して低いインダクタンスを提示するシステムにおける故障検出に関する。
続きを表示（約 3,600 文字）【背景技術】
【０００２】
[0002]直流（ＤＣ）配電システムは、海洋配電システム、バッテリエネルギー貯蔵システム、マイクログリッド、およびデータセンターなどのシステムの顧客に対して利益を提供する。ＤＣ電力配電システムは、ＤＣ配電バスに結合されたパワーコンバータおよびコンデンサ貯蔵システムまたは他の貯蔵システムの使用を含む、多様な構成によって特徴付けられる。これらのタイプのＤＣ配電バスは、潜在的な短絡に低いインダクタンスを提示することがあり、これは、ソリッドステートサーキットブレーカについての故障電流検出、割り込み、および保護に対して選択的に課題を課すことがある。これらのタイプの低いインダクタンス短絡事象においては、ソリッドステートブレーカが、短絡故障を検出することができ、厄介なトリップにつながり得るノイズおよび過渡を無視することもできることが望ましい。
【０００３】
[0003]したがって、前述の論考に基づいて、特に、潜在的な短絡に低いインダクタンスを提示するＤＣ配電システムにおいて、ソリッドステートサーキットブレーカの動作および性能を改善することが依然として望ましい。
【発明の概要】
【０００４】
[0004]１つの態様において、ソリッドステートサーキットブレーカ（ＳＳＣＢ）が提供される。ＳＳＣＢは、少なくとも１つのソリッドステートスイッチと、電流感知回路と、アナログ故障検出回路と、コントローラとを備える。少なくとも１つのソリッドステートスイッチは、少なくとも１つの制御信号に基づいて、ＳＳＣＢを通る電流パスを選択的に有効および無効にするように構成される。電流感知回路は、電流パスを通る電流を感知し、この電流を表す第１の出力を生成するように構成される。アナログ故障検出回路は、第１の出力に結合され、ＳＳＣＢについてのトリップ電流レベルを超える電流パスを通る電流に応答して、第２の出力をアサートするように構成され、ここで、アナログ故障検出回路は、第１のｄｉ／ｄｔ検出帯域幅を有する。コントローラは、第２の出力に結合され、（ａ）少なくとも１つのアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を利用して、第１の出力のサンプルを生成し、ここで、少なくとも１つのＡＤＣは、第１のｄｉ／ｄｔ検出帯域幅よりも小さい第２のｄｉ／ｄｔ検出帯域幅を有し、（ｂ）サンプルに基づいて、電流パスを通る電流を計算し、（ｃ）電流パスを通る計算された電流が、ＳＳＣＢについてのトリップ電流レベルを超えるかどうかを決定するように構成される。コントローラは、（ｄ）計算された電流がＳＳＣＢについてのトリップ電流レベルを超えると決定することに応答して、少なくとも１つの制御信号を利用して、ＳＳＣＢを通る電流パスを無効にするようにさらに構成される。コントローラは、（ｅ）（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）と共に、第２の出力がアサートされるかどうかを決定し、（ｆ）第２の出力がアサートされると決定することに応答して、少なくとも１つの制御信号を利用して、ＳＳＣＢを通る電流パスを無効にするようにさらに構成される。
【０００５】
[0005]別の態様において、ＳＳＣＢを動作させる方法が提供され、ここで、ＳＳＣＢは、第１のｄｉ／ｄｔ検出帯域幅を有するアナログ故障検出回路と、第１のｄｉ／ｄｔ検出帯域幅よりも小さい第２のｄｉ／ｄｔ検出帯域幅を有する少なくとも１つのＡＤＣとを含む。方法は、（ａ）少なくとも１つのＡＤＣを利用して、電流感知回路の第１の出力のサンプルを生成することと、ここで、第１の出力は、ＳＳＣＢの電流パスを通る電流を表す、（ｂ）サンプルに基づいて、電流パスを通る電流を計算することと、（ｃ）電流パスを通る計算された電流がＳＳＣＢについてのトリップ電流レベルを超えるかどうかを決定することと、（ｄ）計算された電流がＳＳＣＢについてのトリップ電流レベルを超えると決定することに応答して、ＳＳＣＢを通る電流パスを無効にすることとを備える。方法は、（ｅ）（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）と同時に、アナログ故障検出回路の第２の出力がアサートされるかどうかを決定することをさらに備え、ここで、アナログ故障検出回路は、電流パスを通る電流がＳＳＣＢについてのトリップ電流レベルを超えることに応答して、第２の出力をアサートするように構成される。方法は、（ｆ）第２の出力がアサートされると決定することに応答して、ＳＳＣＢを通る電流パスを無効にすることをさらに備える。
【０００６】
[0006]別の態様において、ＳＳＣＢが提供される。ＳＳＣＢは、少なくとも１つのソリッドステートスイッチと、電流感知回路と、アナログ故障検出回路と、少なくとも１つのＡＤＣと、コントローラとを備える。少なくとも１つのソリッドステートスイッチは、少なくとも１つの制御信号に基づいて、ＳＳＣＢを通る電流パスを選択的に有効および無効にするように構成される。電流感知回路は、電流パスを通る電流を感知し、電流を表す第１の出力を生成するように構成される。アナログ故障検出回路は、第１の出力に結合され、電流パスを通る電流がＳＳＣＢについてのトリップ電流レベルを超えることに応答して、第２の出力をアサートするように構成され、ここで、アナログ故障検出回路は、第１のｄｉ／ｄｔ検出帯域幅を有する。少なくとも１つのＡＤＣは、第１の出力のサンプルを生成するように構成され、ここで、ＡＤＣは、第１のｄｉ／ｄｔ検出帯域幅よりも小さい第２のｄｉ／ｄｔ検出帯域幅を有する。コントローラは、第２の出力がアナログ故障検出回路によってアサートされていること、または、電流パスを通る電流がＳＳＣＢについてのトリップ電流レベルを超えることをサンプルが示すことのいずれかを非同期に決定することに応答して、少なくとも１つの制御信号を利用して、ＳＳＣＢを通る電流パスを無効にするように構成される。
【０００７】
[0007]本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照して、以下の詳細な説明が読まれれば、より良く理解されることとなり、添付の図面において、同様の符号は、図面全体にわたって同様の部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
[0008]例示的な実施形態における異なるｄｉ／ｄｔ故障波形のグラフ。
[0009]例示的な実施形態における逆阻止集積ゲート整流サイリスタ（ＲＢ－ＩＧＣＴ：reverse-blocking integrated gate commutated thyristor）のゲートの再トリガ波形を描く図。
[0010]例示的な実施形態におけるソリッドステートサーキットブレーカのブロック図。
[0011]例示的な実施形態における別のソリッドステートサーキットブレーカのブロック図。
[0012]例示的な実施形態における実験的試験波形を描く図。
[0013]例示的な実施形態における、異なるアナログ成分およびデジタル成分のタイミング遅延分布を描く図。
[0014]例示的な実施形態における、高ｄｉ／ｄｔ電流故障の検出のためのアナログ回路の回路図。
[0015]例示的な実施形態における電圧測定回路を描く図。
[0016]例示的な実施形態における、電圧極性検出に基づいた予防制御についての実験結果を示すグラフ。
[0017]例示的な実施形態における、図９におけるグラフの領域を描く図。
[0018]例示的な実施形態において、ＳＳＣＢがＲＢ－ＩＧＣＴを使用して一方向ブレーカとして構成される場合の、ダイオードのような挙動を例示するグラフ。
[0019]例示的な実施形態における、ＳＳＣＢを動作させる方法のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[0020]別段の指示がない限り、本明細書において提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を例示するように意図されている。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を備える多種多様なシステムにおいて適用可能であるものと信じられる。そのため、図面は、本明細書において開示される実施形態の実施のために必要とされることが当業者によって知られている従来の特徴すべてを含むようには意図されていない。
【００１０】
[0021]以下の明細書および特許請求の範囲において、複数の用語に対して参照が行われることになり、複数の用語は、以下の意味を有するように定義されるものとする。
（【００１１】以降は省略されています）

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