一种限流阻容支路、阻容式直流断路器及参数选择方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于柔性直流输电系统的限流阻容支路、阻容式直流断路器及参数选择方法。所述限流阻容支路，包含了第一子电路和第二子电路；在限流阻容支路的基础上，增加了载流分断支路，构成的本发明专利技术提出的阻容式直流断路器，同时，针对限流阻容支路、载流分断支路各个元器件，提出了参数的配置方法。通过本发明专利技术，可在直流线路故障后抑制直流过流、稳定直流电压，开断能力强，提高了交直流系统稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种限流阻容支路、阻容式直流断路器及参数选择方法
本专利技术涉及高压直流输电领域，尤其涉及一种限流阻容支路、阻容式直流断路器及参数选择方法。
技术介绍
基于电压源换流器的柔性直流输电系统(voltagesourceconverterbasedhighvoltagedirectcurrent，VSC-HVDC)在解决新能源消纳问题上具有显著优势。但由于柔直系统中电力电子设备的过流、过压能力较弱，直流侧的低阻抗特性使短路故障电流上升率较大，因此柔直系统对保护的速动性和选择性要求比交流系统更高，需要在数毫秒内完成切断和清除故障电流等全套动作，以防止故障对直流系统和换流站造成损害。柔直系统的故障保护方式主要有三种：采用交流断路器的故障隔离方式；利用具备直流故障穿越能力的换流器拓扑或控制技术的故障隔离方式；基于高压直流断路器的故障隔离方式。其中采用交流断路器的故障隔离时间长，无法满足柔直系统保护速动性要求。而考虑到现有柔性直流输电工程多采用不具有直流故障自清除能力的模块化多电平(modularmultilevelconverter，MMC)结构，并且利用改进换流器拓扑进行故障隔离会造成系统停运，重启难度较大等，基于直流断路器的故障保护方案无疑是最具潜力的直流故障隔离方案。其中混合式高压直流断路器具备通态损耗小，开断时间短等优点，成为直流电网保护策略研究的重点。对于不具备直流故障自清除能力的半桥MMC换流器，换流器闭锁无法阻断交流系统馈能，且换流器闭锁会对交直流系统造成冲击，因此当直流线路配置混合式高压直流断路器后，直流断路器进行故障隔离期间应尽量避免换流器闭锁。但由于混合式高压直流断路器的开断时间约为3ms，在其分闸期间故障电流会持续上升时间，若换流器处于正常解锁状态，很可能会引起桥臂过流触发换流器保护，因而必须被动整定换流器保护参数或桥臂电抗值才能保证换流器不闭锁。另一方面，当直流系统输电线路为架空线情形时，直流线路故障中瞬时性故障达90％以上，应考虑直流断路器重合闸操作。为保证故障切除后的直流线路充分去游离以恢复绝缘性能，断路器首次分闸后的重合闸延时应大于100ms。在此期间，换流器持续解锁会造成子模块电容持续充电而使直流母线电压不断升高，威胁系统绝缘。若在此期间闭锁换流器或改变其控制方式，使其维持直流系统电压稳定，则又会使交流系统受到影响。此外，值得注意的是，为快速隔离直流线路故障，混合式直流断路器应配置于每回直流线路两端。对于具备多条直流线路的直流电网，混合式直流断路器的配置数量将十分庞大。鉴于混合式直流断路器的高额制造费用，这将使保护方案的经济性大大减小。总而言之，基于混合式直流断路器的直流线路故障隔离方案还需进一步优化断路器的结构。针对断路器的参数配置，也是值得研究和探索的问题。为了解决上述问题，本专利技术提出一种限流阻容支路、阻容式直流断路器及参数选择方法。
技术实现思路
为了解决上述问题，通过对混合式直流断路器及其保护策略的改进，本专利技术提出一种具备电流抑制及电压稳定能力的限流阻容支路、阻容式直流断路器(resistorandcapacitorbasedDCcircuitbreaker,RC-DCCB)及参数选择方法。本专利技术具体公开了：一种限流阻容支路，所述限流阻容支路包含第一输入端和第二输入端，在第一输入端和第二输入端之间串联有第一子电路和第二子电路，第一子电路包含相互串联的第一电阻和第一开关；第二子电路包含相互串联的第二开关和第三电阻，在第二开关和第三电阻的两端，并联有电容，还并联有第二电阻。作为本专利技术的优选方式，所述第一开关和第二开关为全控开关，全控开关由一个或多个IGBT串联构成。作为本专利技术的优选方式，在所述第一开关和第二开关两端分别并联避雷器。与此同时，本专利技术还涉及到了一种阻容式直流断路器，所述阻容式直流电路器包含第一输入端、第二输入端、输出端；第一输入端和输出端之间连接有载流分断支路，所述载流分断支路被配置用于实现故障点及故障线路的隔离；第一输入端和第二输入端之间连接有限流阻容支路，所述限流阻容支路被配置用于抑制直流故障电流峰值，避免换流器过流闭锁。作为本专利技术的优选方式，其特征在于，所述限流阻容支路为如前所述的限流阻容支路。作为本专利技术的优选方式，所述载流分断支路包含相互串联的载流转移开关和超快速开关。作为本专利技术的优选方式，所述载流转移开关均由一个或多个IGBT串联而成。针对前述的限流阻容支路的参数选择方法，第一开关所需IGBT个数为：其中，第一开关的主断电流能力为Im_T1，T1两端最大电压值为额定电压为UdcN，单个IGBT承压能力为UIGBT，通流能力IIGBT；k为限流阻容支路的方向系数；第二开关最大所需IGBT个数为：Idc_E及Udc_E为设计的直流电流及母线电压最终稳定值；第二开关的主断电流能力为Im_T2；其中，第一电阻的阻值为：其中，ULCS_E0为过电压初值，Idc1为向第一开关换流结束瞬间的直流电流值，第二电阻的阻值为：第三电阻的阻值：电容C的阻值为：其中，N为换流器等效放电回路中子模块导通个数，C0为换流器桥臂子模块中的电容之和，子模块是换流器每个桥臂上串联的子模块，每个子模块两端并联了子模块电容。针对述的阻容式直流断路器的参数选择方法，其中，Im_LCS为载流转移开关的分断电流能力，ULCS_E为载流转移开关承受的最大电压；单个IGBT承压能力为UIGBT，通流能力IIGBT；k′为载流分段支路的方向系数；限流阻容支路的参数按照如前所述的参数选择方法进行选择。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出一种新的高压直流断路器拓扑，即阻容式阻容支路、阻容式直流断路器拓扑，限流阻容支路由电容、电阻等构成且并联于直流母线上，通过控制限流阻断支路，使直流故障电流的对电容C充电，能够极大地抑制直流故障电流峰值，避免换流器过流闭锁；通过电阻R1、R2消耗换流器输出的能量，可以稳定直流母线电压，有利于交直流系统的稳定。由于故障隔离期间换流器不需闭锁且交直流系统能保持稳定，因此更有利于线路重合闸及功率传输的快速恢复，提高了交直流系统的稳定性及可靠性。附图说明图1是限流阻容支路的电路图；图2是阻容式直流断路器的电路图；图3是限流阻容支路导通时的电流变化过程；图4是限流阻容支路导通时的换流阀三相等效放电回路；图5是限流阻容支路导通时的s域换流阀三相等效放电回路；图6是限流阻容支路断开后电容C的等效放电回路；图7是一个两端MMC对称单极测试系统模型图；图8是考虑单次闸时阻容式直流断路器对直流电流及电压的稳定过程图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本专利技术的具体实施方式。本专利技术提出一种具备电流抑制及电压稳定能力的限流阻容支路、阻容式直流断路器(resistorandcapacitorbasedDCcircuitbreaker,RC-DCCB)及参数选择方法。如图1所示的一种限流阻容支路，所述限流阻容支路包含第一输入端和第二输入端，在第一输入端和第二输入端之间串联有第一子电路和第二子电路，第一子电路包含相互串联的第一电阻R1和第一开关T1；第二子电路包含相互串联的第二开关T2和第三电阻R3，在第二开关T2和第三电阻R3的两端，并联有电容C，还并联有第二电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种限流阻容支路，其特征在于，所述限流阻容支路包含第一输入端和第二输入端，在第一输入端和第二输入端之间串联有第一子电路和第二子电路，第一子电路包含相互串联的第一电阻和第一开关；第二子电路包含相互串联的第二开关和第三电阻，在第二开关和第三电阻的两端，并联有电容，还并联有第二电阻。

【技术特征摘要】
1.一种限流阻容支路，其特征在于，所述限流阻容支路包含第一输入端和第二输入端，在第一输入端和第二输入端之间串联有第一子电路和第二子电路，第一子电路包含相互串联的第一电阻和第一开关；第二子电路包含相互串联的第二开关和第三电阻，在第二开关和第三电阻的两端，并联有电容，还并联有第二电阻。2.一种如权利要求1所述的限流阻容支路，其特征在于，所述第一开关和第二开关为全控开关，全控开关由一个或多个IGBT串并联构成。3.一种如权利要求1-2之一所述的限流阻容支路，在所述第一开关和第二开关两端分别并联避雷器。4.一种阻容式直流电路器，其特征在于，所述阻容式直流电路器包含第一输入端、第二输入端、输出端；第一输入端和输出端之间连接有载流分断支路，所述载流分断支路被配置用于实现故障点及故障线路的隔离；第一输入端和第二输入端之间连接有限流阻容支路，所述限流阻容支路被配置用于抑制直流故障电流峰值，避免换流器过流闭锁，稳定直流母线电压，有利于交直流系统的稳定。5.一种如权利要求4所述的阻容式直流电路器，其特征在于，所述限流阻容支路为如权利要求1-3之一所述的限流阻容支路。6.一种如权利要求4所述的阻容式直流电路器，其特征在于，所述载流分断支路包含相互串联的载流转移开关和超快速开关。7.一种如权利要求6所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王渝红，王媛，曾琦，刘程卓，傅云涛，凌楠，曾淑殷华，石富童，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51