一种直流限流器及其与直流断路器的协调控制方法技术

本发明专利技术提供了一种直流限流器及其与直流断路器的协调控制方法，直流限流器包括第一通流支路、第一转移支路和限流支路，能够抑制故障电流的上升，为故障检测提供时间，且采用了大量的半控型器件，降低直流限流器的成本。本发明专利技术提供的直流限流器与直流断路器的协调控制方法从电流方向为正向和反向两方面，通过控制半控型器件的导通和关断实现直流限流器与直流断路器的协调控制，充分发挥了直流限流器和断路器的优势，同时避免了直流线路电感对切断电流速度的影响，缩短了故障电流的切断时间，延长了高压直流输电系统中设备的寿命，能够减小故障误判的概率，提高高压直流输电系统的可靠性。

A DC current limiter and its coordinated control method with DC circuit breaker

The invention provides a direct current limiter and a coordinated control method with a direct current circuit breaker. The direct current limiter includes a first through branch, a first transfer branch and a current limiting branch, which can suppress the rise of fault current, provide time for fault detection, and adopt a large number of semi-controlled devices to reduce the formation of the direct current limiter. Ben. The coordinated control method of the DC current limiter and the DC circuit breaker provided by the invention realizes the coordinated control of the DC current limiter and the DC circuit breaker by controlling the turn-on and turn-off of the semi-controlled device from both the forward and the reverse directions of the current, thus giving full play to the advantages of the DC current limiter and the circuit breaker and avoiding the DC line. The influence of circuit inductance on the speed of cut-off current shortens the cut-off time of fault current, prolongs the life of equipment in HVDC system, reduces the probability of fault misjudgment, and improves the reliability of HVDC system.

【技术实现步骤摘要】
一种直流限流器及其与直流断路器的协调控制方法
本专利技术涉及输配电
，具体涉及一种直流限流器及其与直流断路器的协调控制方法。
技术介绍
基于模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter，MMC)的柔性直流输电具有高度模块化、有功无功灵活控制、可向无源负荷供电等优点，广泛应用于风电场并网、孤岛和弱电网供电以及城市供电等领域。基于柔性直流输电的多端直流电网技术能很好地解决新能源并网及消纳带来的“弃风”、“弃光”等问题。因此，多端柔性直流电网将在未来的电力系统中发挥更大的作用。目前直流限流器与直流断路器已成为研究热点，已有多种方案可用于实际工程中。直流断路器拓扑原理复杂多样，根据直流断路器中关键开断器件的不同，可以将直流断路器分为机械式直流断路器、全固态式直流断路器、机械开关与固态开关相结合的混合式直流断路器。然而，现有技术仅停留在直流限流器与直流断路器分别独立控制的层面，当直流断路器切断故障电流时，如果直流限流器中的限流电感仍存在于电流通路中，会抑制故障电流的衰减，故障电流的切断时间较长，速度较慢，大电流超过高压直流输电系统中设备所能承受的电流应力，缩短了设备寿命。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中因故障电流的切断时间较长而缩短了设备寿命且容易损坏设备的不足，本专利技术提供一种直流限流器及其与直流断路器的协调控制方法，直流限流器包括第一通流支路、第一转移支路和限流支路，第一通流支路，用于在直流线路正常运行时实现直流线路稳态电流的导通，并在检测到直流线路发生的故障后将故障电流转移至第一转移支路；第一转移支路，用于将第一通流支路上的故障电流转移至限流支路；限流支路，用于承载第一通流支路转移的故障电流，并使限流支路中的限流电感接入直流线路，直流限流器与直流断路器的协调控制方法从电流方向为正向和反向两方面，通过控制半控型器件的导通和关断实现直流限流器与直流断路器的协调控制，缩短了故障电流的切断时间，提高了故障电流的切断速度，延长了高压直流输电系统中设备的寿命。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：一方面，本专利技术提供一种直流限流器，包括：第一通流支路，用于在直流线路正常运行时实现直流线路稳态电流的导通，并在检测到直流线路发生的故障后将故障电流转移至第一转移支路；第一转移支路，用于将第一通流支路上的故障电流转移至限流支路；限流支路，用于承载第一通流支路转移的故障电流，并使限流支路中的限流电感接入直流线路。所述第一通流支路包括快速机械开关和与快速机械开关串联的转换模块；所述转换模块包括N个IGBT单元，N个IGBT单元以串联、并联或串并联结合方式组合，所述IGBT单元包括IGBT和与IGBT反并联的二极管，且至少其中一个IGBT的方向与其他IGBT的方向相反。所述第一转移支路与第一通流支路并联，形成公共点A和公共点B；所述第一转移支路包括正向转移支路和反向转移支路；所述正向转移支路包括第一正向转移支路和第二正向转移支路；所述反向转移支路包括第一反向转移支路和第二反向转移支路。所述第一正向转移支路和第一反向转移支路均包括M个半控型器件，M个半控型器件串联后，一端连接公共点A，另一端连接公共点B；所述第二正向转移支路包括P个串联的半控型器件和第一预充电电容；所述第二反向转移支路包括P个串联的半控型器件和第二预充电电容。所述第二正向转移支路中的P个半控型器件串联后，一端连接公共点A，另一端连接第一预充电电容的负极，所述第一预充电电容的正极连接公共点B；所述第二反向转移支路中的P个半控型器件串联后，一端公共点A，另一端连接第二预充电电容的负极，所述第二预充电电容的正极连接公共点B。所述限流支路与第一通流支路并联，其包括第一半控型器件单元、第二半控型器件单元和限流电感；所述第一半控型器件单元和第二半控型器件单元并联后，一端连接公共点A，另一端连接公共点C，所述限流电感一端连接公共点C，另一端连接公共点B；所述第一半控型器件单元和第二半控型器件单元均包括Q个串联的半控型器件。所述第一正向转移支路中的M个半控型器件和第二正向转移支路中的P个半控型器件的导通方向均为从公共点A到公共点B；所述第一反向转移支路中的M个半控型器件和第二反向转移支路中的P个半控型器件的导通方向均为从公共点B到公共点A；所述第一半控型器件单元中的Q个半控型器件的导通方向均为从公共点A到公共点C，所述第二半控型器件单元中的Q个半控型器件的导通方向均为从公共点C到公共点A。所述第一正向转移支路、第二正向转移支路、第一反向转移支路、第二反向转移支路、第一半控型器件单元和第二半控型器件单元中的半控型器件均采用晶闸管或金氧氧化物半导体场效应管。另一方面，本专利技术提供一种直流限流器与直流断路器的协调控制方法，所述直流断路器包括并联的第二通流支路、第二转移支路和避雷器支路；所述方法包括：当电流方向为反向且直流限流器所在的高压直流输电系统正常运行时，导通第一通流支路和第二通流支路中所有IGBT，电流流过第一通流支路和第二通流支路，直至流过第一通流支路和第二通流支路的电流上升至预设阈值时，控制电流转移至第二转移支路和限流支路；当电流完全转移至第二转移支路和限流支路时，关断第二转移支路中的IGBT，控制电流转移至避雷器支路，同时导通第一转移支路中第一正向转移支路的所有半控型器件。所述控制电流转移至转移支路和限流支路，包括：第一通流支路和第二通流支路中所有IGBT关断，第二转移支路中的IGBT导通，电流转移至第二转移支路，同时第一转移支路中第一正向转移支路的所有半控型器件导通，电流转移至第一正向转移支路，同时第一通流支路和第二通流支路中的快速机械开关均分闸；第一转移支路中第二正向转移支路的所有半控型器件导通，电流由第一正向转移支路转移至第二正向转移支路；当第一正向转移支路电流为零时，限流支路中第一半控型器件单元的所有半控型器件导通，电流由第二正向转移支路转移至限流支路。再一方面，本专利技术提供一种直流限流器与直流断路器的协调控制方法，所述直流断路器包括并联的第二通流支路、第二转移支路和避雷器支路，所述方法包括：当电流方向为反向且直流限流器所在的高压直流输电系统正常运行时，导通第一通流支路和第二通流支路中所有IGBT，电流流过第一通流支路和第二通流支路，直至流过第一通流支路和第二通流支路的电流上升至预设阈值时，控制电流转移至第二转移支路和限流支路；当电流完全转移至第二转移支路和限流支路时，关断第二转移支路中的IGBT，控制电流转移至避雷器支路，同时导通第一转移支路中第一正向转移支路的所有半控型器件。所述控制电流转移至转移支路和限流支路，包括：第一通流支路和第二通流支路中所有IGBT关断，第二转移支路中的IGBT导通，电流转移至第二转移支路，同时第一转移支路中第一反向转移支路的所有半控型器件导通，电流转移至第一反向转移支路，同时第一通流支路和第二通流支路中的快速机械开关均分闸；第一转移支路中第二反向转移支路的所有半控型器件导通，电流由第一反向转移支路转移至第二反向转移支路；当第一反向转移支路电流为零时，限流支路中第二半控型器件单元的所有半控型器件导通，电流由第二反向转移支路转移至限流支路。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有以下有益本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流限流器，其特征在于，包括：第一通流支路，用于在直流线路正常运行时实现直流线路稳态电流的导通，并在检测到直流线路发生的故障后将故障电流转移至第一转移支路；第一转移支路，用于将第一通流支路上的故障电流转移至限流支路；限流支路，用于承载第一通流支路转移的故障电流，并使限流支路中的限流电感接入直流线路。

【技术特征摘要】
1.一种直流限流器，其特征在于，包括：第一通流支路，用于在直流线路正常运行时实现直流线路稳态电流的导通，并在检测到直流线路发生的故障后将故障电流转移至第一转移支路；第一转移支路，用于将第一通流支路上的故障电流转移至限流支路；限流支路，用于承载第一通流支路转移的故障电流，并使限流支路中的限流电感接入直流线路。2.根据权利要求1所述的直流限流器，其特征在于，所述第一通流支路包括快速机械开关和与快速机械开关串联的转换模块；所述转换模块包括N个IGBT单元，N个IGBT单元以串联、并联或串并联结合方式组合，所述IGBT单元包括IGBT和与IGBT反并联的二极管，且至少其中一个IGBT的方向与其他IGBT的方向相反。3.根据权利要求1所述的直流限流器，其特征在于，所述第一转移支路与第一通流支路并联，形成公共点A和公共点B；所述第一转移支路包括正向转移支路和反向转移支路；所述正向转移支路包括第一正向转移支路和第二正向转移支路；所述反向转移支路包括第一反向转移支路和第二反向转移支路。4.根据权利要求3所述的直流限流器，其特征在于，所述第一正向转移支路和第一反向转移支路均包括M个半控型器件，M个半控型器件串联后，一端连接公共点A，另一端连接公共点B；所述第二正向转移支路包括P个串联的半控型器件和第一预充电电容；所述第二反向转移支路包括P个串联的半控型器件和第二预充电电容。5.根据权利要求4所述的直流限流器，其特征在于，所述第二正向转移支路中的P个半控型器件串联后，一端连接公共点A，另一端连接第一预充电电容的负极，所述第一预充电电容的正极连接公共点B；所述第二反向转移支路中的P个半控型器件串联后，一端公共点A，另一端连接第二预充电电容的负极，所述第二预充电电容的正极连接公共点B。6.根据权利要求4所述的直流限流器，其特征在于，所述限流支路与第一通流支路并联，其包括第一半控型器件单元、第二半控型器件单元和限流电感；所述第一半控型器件单元和第二半控型器件单元并联后，一端连接公共点A，另一端连接公共点C，所述限流电感一端连接公共点C，另一端连接公共点B；所述第一半控型器件单元和第二半控型器件单元均包括Q个串联的半控型器件。7.根据权利要求6所述的直流限流器，其特征在于，所述第一正向转移支路中的M个半控型器件和第二正向转移支路中的P个半控型器件的导通方向均为从公共点A到公共点B；所述第一反向转移支路中的M个半控型器件和第二反向转移支路中的P个半控型器件的导通方向均为从公共点B到公共点A；所述第一半控型器件单元中的Q个半控型器件的导通方向均为从公共点A到公共点C，所述第二半控型器件单元中的Q个半控型器件的导通方向均为从公共点C到公共点A。8.根据权利要求6所述的直流限流器，其特征在于，所述第一正向转移支路、第二正向转移支路、第一反向转移支路、第二反向...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵成勇，邱宇峰，吴亚楠，杨杰，王晓宇，许建中，韩乃峥，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，国家电网公司，国网湖北省电力有限公司，华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11