随着电压源型换流器(voltage source converter, VSC)技术以及模块化多电平换流器(modular multi-level converter, MMC)技术的快速发展，直流系统控制灵活、供电容量大、电能质量高、线路损耗小、无需无功补偿，以及适于各类电源和负载接入等优势使其在配电网领域具有广泛的应用前景。研究资料表明，直流配电网可以有效协调电网与分布式电源之间的矛盾，充分发挥分布式能源的价值和效益。然而，直流配电网的工程应用推广仍面临若干亟待解决的关键技术问题，其中包括直流故障的有效应对与处理。直流配电网故障阻尼小、发展速度快、危害大，对保护与故障隔离提出了极为苛刻的要求。为了保证直流系统的安全运行和供电可靠性，系统应在2~4ms内检测和有选择性地切除直流故障。固态断路器和混合断路器由于其较高的运行速度，更适用于直流系统，但是因为断路器需要在亚毫秒时间尺度内动作，对选择性保护和快速隔离提出了挑战。通过配置有效的故障限流措施限制故障电流快速上升，降低对保护与隔离的动作速度要求成为实现直流配网安全、可靠故障穿越的必然选择。
直接安装直流电抗器是限制直流配单网直流故障电流的有效途径之一，且安装的电抗器越大，故障限流效果越好。但是，该措施也会限制直流系统正常运行时的电流变化率，不利于直流系统在负荷突变过程中的快速暂态响应，甚至可能导致系统失稳；此外，在断路器断流期间，直流电抗器中存储的能量与直流线路的能量需要同时被避雷器耗散，会导致隔离时间大大延长，不利于健全网络和故障线路绝缘特性的快速恢复。
针对上述问题，基于一种自适应限流型固态断路器，相较于大型直流电抗器直接安装在直流系统中具有极大的优势。在系统正常运行时，断路器将其内部的直流电抗器旁路，从而消除了对系统暂态响应速度、运行稳定性的不利影响；故障发生后能够快速自动投入限流电抗限制故障电流，减缓直流电压跌落，为保护和隔离创造足够的时间；而在故障清除时则再次旁路电抗器，大大加快故障隔离速度，保证健全网络和故障线路绝缘特性的快速恢复。
该固态断路器主要通过桥式拓扑与偏置电源的配合实现上述的自适应限流功能。然而，目前该断路器中所应用的偏置电源为无保护配置的直流电源，且拟采用三相全桥整流型直流电源。一方面三相全桥整流电路经济性相对不佳，另一方面没有考虑系统故障后对电源的保护，导致对电力电子器件和变压器的耐流能力与容量上限提出更高要求。 |