船舶直流电网母联开关的优化设计与试验研究

摘要

船舶直流电网具有短路电流大、电气特性易受电网杂散参数影响等特点,且受舱室空间限制,直流电网母联开关在故障关断保护性能不变的前提下需实现小型化和对称型拓扑。为解决船舶直流电网短路保护问题,文章通过典型直流电网多工况点仿真与试验相结合的方法,分析得出支撑电容器和母排的杂散参数影响短路电流的规律,即为保证器件安全,固态断路器关断时间应不大于200μs,且需解决母联开关关断时的瞬态过压抑制问题。根据分析结果,文章提出一种适用于船舶应用场景的固态断路器,其采用镜像对称型母联开关拓扑,并借助相应仿真分析对拓扑进行了性能优化。实际短路试验结果证实,所设计的母联开关能满足母排和支路短路时正常侧直流电网连续性供电条件。实船试验结果显示,固态断路器可实现100μs级关断,所设计的母联开关拓扑能满足船舶直流电网短路保护需要,且母联开关短路故障关断控制延时减小了关断过压波动,系统更安全。