多功能短路电流限制器制造技术

本发明专利技术公开了一种多功能短路电流限制器，包括变压器、滤波电路、三相换流器、双向DC/DC变流器以及超级电容器储能装置。三相换流器的交流侧和直流侧分别与滤波电路和双向DC/DC变流器相连接。当电网发生短路故障时，超级电容器储能装置通过三相换流器向电网注入一定的与系统电源电压同相位的电压可实现对短路电流的抑制；在电网非故障运行情况下，超级电容器储能装置通过三相换流器向电网注入或吸收幅值与相位均可调的电压可稳定电网电压、调节系统的潮流和解决电能供需不平衡等。本发明专利技术实现了一机多用，提高了设备的利用率，可有效保障电网的安全可靠运行。

【技术实现步骤摘要】
多功能短路电流限制器
本专利技术涉及电网中输配电
，具体地说，是在输配电线路出现短路故障时对短路冲击大电流进行有效抑制的多功能短路电流限制器。
技术介绍
随着电网的迅猛发展，单机和发电厂容量、城市运转与工业生产的负荷及其密度的持续增加，以及各类分布式电源的广泛并网和各级电网间的深度互联，电网中的短路电流水平日趋增大，从而给线路输电能力的发挥和系统的高效运行带来了极大限制。特别地，在电网中的某些地区其短路电流水平已经逐渐逼近甚至超过断路器的遮断容量，并且具有显著的上升趋势，从而对电网的安全稳定运行构成了严重威胁。为了确保电网中相关设备的安全，降低断路器的遮断容量，促进电网的持续健康发展，迫切地需要对电网中的短路电流展开行之有效的限制。传统限流方式如环网解列、母线分段及直流联网等在不同程度地限制短路电流的同时，也给电网的运行和管理造成了不小的负面影响，而短路电流限制器凭借独特的优势引起了广泛关注和深入研究。近年来，在短路电流限制器研究领域中较为热门的有超导限流器、PTC热敏电阻型限流器、弧驱动型限流器、液态金属型限流器、电力电子开关型限流器以及复合型限流器等。在各类新型短路电流限制器的研究和设计成果不断取得的同时，相关成果却基本停留在理论阶段，并没有取得大规模的运用。主要原因在于当前所提出的短路电流限制器往往只是在电网出现短路故障时才发挥自身的效用，其利用效率不高。另外，在电网正常运行时，短路电流限制器也会产生较大损耗。从而在一定程度上限制了该类短路电流限制器在实践中的应用和推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多功能短路电流限制器，以解决现有短路电流限制器功能过于单一及不利于推广使用的难题。为此，本专利技术提供了一种多功能短路电流限制器，包括变压器、滤波电路、三相换流器、双向DC/DC变流器以及超级电容器储能装置，其中，所述变压器的初级线圈电连接至电网三相线路；所述滤波电路位于所述变压器的次级线圈和所述三相换流器的交流侧之间，用于滤除谐波；所述三相换流器的交流侧与所述滤波电路相连，所述三相换流器的直流侧通过两个完全相同的电容C1和C2串联来稳定电压，所述三相换流器为电压源型换流器，其各相上、下桥臂的全控型开关T1、T2、T3、T4、T5、T6均采用IGBT，每个IGBT并联一个续流二极管；以及所述双向DC/DC变流器作为超级电容器储能装置和所述三相换流器直流侧之间的接口，用于控制电能在电网和超级电容器储能装置之间的流动方向。进一步地，上述电容C1和所述电容C2之间的连接点构成所述三相换流器直流侧母线电压的中点，该中点与所述变压器次级线圈的三相公共端相连接。进一步地，上述双向DC/DC变流器包括全控型开关T7和全控型开关T8。进一步地，上述全控型开关T7、T8均采用MOSFET管，每个MOSFET管并联一个续流二极管。进一步地，上述超级电容器储能装置由超级电容器单体串并联后形成的阵列构成。进一步地，上述滤波电路由LCL滤波电路和LC滤波电路共同组成。进一步地，上述多功能短路电流限制器还包括上位机，所述上位机根据电网运行状态对所述三相换流器和所述双向DC/DC变流器进行控制。进一步地，上述上位机根据电网运行状态对所述三相换流器和所述双向DC/DC变流器进行控制包括：当电网处于用电低谷时，控制所述三相换流器工作于整流状态和所述双向DC/DC变流器工作于Buck电路模式下，利用所述超级电容器储能装置充电储能；当电网发生短路故障时，控制所述三相换流器工作于逆变状态和所述双向DC/DC变流器工作于Boost电路模式下，向电网注入一个与系统电源电压同相位且幅值和系统电源电压幅值成比例的电压，其中，所述比例的值介于0到1之间。进一步地，上述上位机根据电网运行状态对所述三相换流器和所述双向DC/DC变流器进行控制包括：当电网处于用电高峰时，控制所述三相换流器工作于逆变状态和所述双向DC/DC变流器工作于Boost电路模式下，利用所述超级电容器储能装置放电释能；当电网电压发生波动时，控制所述三相换流器工作于逆变状态和所述双向DC/DC变流器工作于Boost电路模式下，向电网注入一个幅值和相位均可控的补偿电压；以及当电网处于正常运行状态时，控制所述双向DC/DC变流器切断所述电网和所述超级电容器储能装置之间的能量流动。进一步地，上述上位机根据电网运行状态对所述三相换流器和所述双向DC/DC变流器进行控制包括：当无功功率需要调整时，控制所述三相换流器工作于逆变状态和所述双向DC/DC变流器工作于Boost电路模式下，向电网串入一个幅值和相位均可控的补偿电压。根据本专利技术的短路电流限制器在电网发生短路故障时可以对短路电流实施有效的抑制，在电网非故障运行中能够稳定电网电压、调节系统潮流和解决电能供需不平衡等问题，实现了短路电流限制器功能的多样化，大幅提高了设备的利用率，可在不同工况下保障电网的安全、可靠及稳定运行，从而具备较高的应用和推广价值。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据本专利技术一实施例的多功能短路电流限制器的主电路的示意图；以及图2是本专利技术中超级电容器储能装置的内部示意图。附图标记说明1、系统电源；2、电源电抗；3、断路器；4、变压器；5、负载；6、滤波电路；7、三相换流器；8、双向DC/DC变流器；9、超级电容器储能装置。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。如图1所示，本多功能短路电流限制器包括变压器4、滤波电路6、三相换流器7、双向DC/DC变流器8以及超级电容器储能装置9。其中，三相换流器7的交流侧连接滤波电路6之后再通过变压器4与电网连接，三相换流器7的直流侧经过双向DC/DC变流器8与超级电容器储能装置9相连。本专利技术的三相换流器7优选采用电压源型换流器，其各相上、下桥臂的全控型开关T1、T2、T3、T4、T5、T6均采用IGBT，每个IGBT并联一个续流二极管。三相换流器7由滤波电路6滤波后可等效为一个幅值与相位均能够灵活控制的电压源。三相换流器7的直流侧通过两个完全相同的电容C1和C2串联来稳压电源，电容C1和电容C2之间的连接点构成三相换流器7直流侧母线电压的中点，该点与变压器4次级线圈的三相公共端相连接。该结构的设置为零序电流提供了通道，从而可以在工作过程中实现对各相电气量的独立控制，使得本专利技术既能应用于对称短路，也适用于不对称短路情况下。通过变压器4再与电网连接，一方面在三相换流器7和电路之间了有效的电器隔离，另一方面降低了三相换流器7直流侧的电压水平，从而提高了本专利技术在工作过程中的安全性和可靠性。滤波电路6位于变压器4的次级线圈和三相换流器7的交流侧之间，它起到滤除谐波以改善电压波形的作用。滤波电路6由LCL滤波电路和LC滤波电路共同组成，其中，电感La1、电感La2、电阻Ra1、电容Ca2，电感Lb1、电感Lb2、电阻Rb1、电容Cb2和电感Lc1、电感Lc本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能短路电流限制器，其特征在于，包括变压器(4)、滤波电路(6)、三相换流器(7)、双向DC/DC变流器(8)以及超级电容器储能装置(9)，其中，所述变压器(4)的初级线圈电连接至电网三相线路；所述滤波电路(6)位于所述变压器(4)的次级线圈和所述三相换流器(7)的交流侧之间，用于滤除谐波；所述三相换流器(7)的交流侧与所述滤波电路(6)相连，所述三相换流器(7)的直流侧通过两个完全相同的电容C1和C2串联来稳定电压，所述三相换流器(7)为电压源型换流器，其各相上、下桥臂的全控型开关T1、T2、T3、T4、T5、T6均采用IGBT，每个IGBT并联一个续流二极管；以及所述双向DC/DC变流器(8)作为超级电容器储能装置(9)和所述三相换流器(7)直流侧之间的接口，用于控制电能在电网和超级电容器储能装置(9)之间的流动方向。

【技术特征摘要】
1.一种多功能短路电流限制器，其特征在于，包括变压器(4)、滤波电路(6)、三相换流器(7)、双向DC/DC变流器(8)以及超级电容器储能装置(9)，其中，所述变压器(4)的初级线圈电连接至电网三相线路；所述滤波电路(6)位于所述变压器(4)的次级线圈和所述三相换流器(7)的交流侧之间，用于滤除谐波；所述三相换流器(7)的交流侧与所述滤波电路(6)相连，所述三相换流器(7)的直流侧通过两个完全相同的电容C1和C2串联来稳定电压，所述三相换流器(7)为电压源型换流器，其各相上、下桥臂的全控型开关T1、T2、T3、T4、T5、T6均采用IGBT，每个IGBT并联一个续流二极管；以及所述双向DC/DC变流器(8)作为超级电容器储能装置(9)和所述三相换流器(7)直流侧之间的接口，用于控制电能在电网和超级电容器储能装置(9)之间的流动方向。2.根据权利要求1所述的多功能短路电流限制器，其特征在于，所述电容C1和所述电容C2之间的连接点构成所述三相换流器(7)直流侧母线电压的中点，该中点与所述变压器(4)次级线圈的三相公共端相连接。3.根据权利要求1所述的多功能短路电流限制器，其特征在于，所述双向DC/DC变流器包括全控型开关T7和全控型开关T8。4.根据权利要求1所述的多功能短路电流限制器，其特征在于，所述全控型开关T7、T8均采用MOSFET管，每个MOSFET管并联一个续流二极管。5.根据权利要求1所述的多功能短路电流限制器，其特征在于，所述超级电容器储能装置(9)由超级电容器单体串并联后形成的阵列构成。6.根据权利要求1所述的多功能短路电流限制器，其特征在于，所述滤波电路由LCL滤波电路和LC滤波电路共同组成。7.根据权利要求1所述的多功能短路电流限制器，其特征在于，还包括上位机，所述上位机根据电网...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟志祥，吴应华，郭文奇，朱亚东，张培远，王健，董国庆，陆荣建，史文迪，王雷兵，邢正军，张浩，朱林鹏，卓结彬，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网安徽省电力公司滁州供电公司，
类型：发明
国别省市：北京,11