一种电容换相混合式故障限流器及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种电容换相混合式故障限流器及其控制方法，混合式限流器包括通态低损耗支路、电流转移支路和限流支路，采用半控型器件，逻辑简单，经济可靠。该限流器稳态损耗低，具备双向限流能力，可以有效抑制直流电网短路电流；延迟子模块IGBT闭锁时间，为其余保护装置动作争取足够的时间；保证限流电阻和相应的散热装置得到充分利用，提高限流效果。本发明专利技术提供的电容换相混合式故障限流器的控制方法，分为限流器所在的直流线路正常运行或检测到限流器所在的直流线路发生的故障前以及检测到电容换相混合式故障限流器所在的直流线路发生的故障后两种情况对阻感型电容换相混合限流器实现控制。

A Hybrid Fault Current Limiter with Capacitor Commutation and Its Control Method

【技术实现步骤摘要】
一种电容换相混合式故障限流器及其控制方法
本专利技术涉及电力电子
，具体涉及一种电容换相混合式故障限流器及其控制方法。
技术介绍
高压大容量的直流电网技术，是未来构建智能电网和全球能源互联网的重要环节。基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)的柔性直流输电技术便于构建直流电网，因而成为电力工业界的一个新的期望。我国即将建成的张北直流电网采用半桥子模块(halfbridgesubmodule)加架空线方案，是世界上首个直流电网工程实践。采用架空线具有明显的技术经济性优势，但是随之而来的问题就是直流侧故障概率高，结合半桥子模块不具备直流侧故障清除能力的特点，需要采用直流断路器切断故障电流。随着直流电网容量的提高，故障电流会在更短时间内达到电力电子器件耐流极限，这要求在更快的时间内切除故障，对故障检测速度和直流断路器切断容量带来极高挑战。为可靠切断故障，要求断路器不断地通过器件的串并联来满足断路过程中的电气应力，一是不经济，其次无限增加器件也会考验工业装置的可靠性。还存在的另一个解决思路就是采用故障限流器(faultcurrentlimiter,FCL)来抑制快速上升的故障电流，降低对断路器的严苛考验。目前所采用的故障限流器主要包括超导限流器(superconductingfaultcurrentlimiter，SFCL)和固态限流器(solid-statefaultcurrentlimiter,SSFCL)两大类。超导限流器通过利用超导体物理性质，在电流急剧上升时自动失超，表现为电阻特性，阻碍故障电流进一步上升。固态限流器在稳态时串联接入主电路，一旦检测到故障信号，立即通过电力电子器件的动作在故障回路中串入电阻或电感。以上两种限流器都存在固有弱点，超导限流器的主要缺点在于制造成本和设备体积对应用场合造成了限制，适用于高电压等级的超导限流器对均匀失超提出了苛刻的要求。固态限流器和固态断路器的缺点类似，受到单只电力电子器件的能力局限，往往需要大量器件串并联满足高压大电流，由此造成的通态损耗会导致经济性下降。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中固态直流限流器的损耗大且经济性差以及超导限流器制造成本高和设备体积大的问题，本专利技术提供一种电容换相混合式故障限流器及其控制方法，电容换相混合式故障限流器包括通态低损耗支路、电流转移支路和限流支路。通态低损耗支路，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电流转移支路，电流转移支路，用于承载通流支路转移的故障电流，并使限流支路中的限流元件接入直流线路；分为电容换相混合式故障限流器所在的直流线路正常运行或检测到电容换相混合式故障限流器所在的直流线路发生的故障前以及检测到电容换相混合式故障限流器所在的直流线路发生的故障后两种情况对电容换相混合式故障限流器实现控制，电容换相混合式故障限流器采用半控型器件，逻辑简单，经济性高，控制能力强。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电容换相混合式故障限流器，包括：通态低损耗支路，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电流转移支路；电流转移支路，用于承载通流支路转移的故障电流，并使限流支路中的阻感型电容接入直流线路；限流支路，用于增加系统阻尼，限制故障电流增长。所述通态低损耗支路包括超快速机械开关UFD和与超快速机械开关串联的负载转换开关LCS；所述负载转换开关包括N个IGBT单元，N个IGBT单元以串联、反串联结合方式组合；所述IGBT单元包括IGBT和与IGBT反并联的二极管。所述通态低损耗支路与电流转移支路并联，形成公共点A和公共点B。所述电流转移支路由半控型的晶闸管串并联组成。所述限流支路与通态低损耗和电流转移支路并联，连接点同样为公共点A和公共点B；所述限流支路由限流模块构成，两个限流模块共用一个换相电容。所述限流模块由反并联的晶闸管、限流电感以及与限流电感并联的晶闸管和限流电阻组成，方便实现双向限流能力。另一方面，电容换相混合式故障限流器所在的直流线路正常运行或检测到电容换相混合式故障限流器所在的直流线路发生的故障前，本专利技术提供了一种电容换相混合式故障限流器的控制方法，包括：电流转移支路中的所有IGBT导通，稳态电流或故障电流流经通流支路。再一方面，检测到电容换相混合式故障限流器所在的直流线路发生的故障后，本专利技术还提供另一种电容换相混合式故障限流器的控制方法，包括：t1时刻，保护装置发出指令，通态低损耗支路的所有IGBT关断，触发T3、T4，导通主断路器中IGBT，关断LCS模块，并且给超快速机械开关发出分闸指令，电流流经电流转移支路；t2时刻，超快速机械开关完成分断，触发晶闸管T2，并持续触发晶闸管T1。T4上电流瞬间转移至T2支路，T4因为承受换相电容反向电压而关断，电流从电流转移支路流经限流支路；t3时刻，T1承受正向电压导通，系统电容作为唯一的电源，能量向电路其余部分转移；t4时刻，T3上的电流全部转移至T1，T3关断。Lf和Rf串联接入系统，实现第二次换相，限流器动作过程完成。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效果：本专利技术提供的电容换相混合式故障限流器包括通态低损耗支路、电流转移支路和限流支路，通态低损耗支路，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电流转移支路，电流转移支路，用于承载通态低损耗支路转移的故障电流，并使限流支路中的限流元件接入直流线路；本专利技术提供的电容换相混合式故障限流器的控制方法分为电容换相混合式故障限流器所在的直流线路正常运行或检测到电容换相混合式故障限流器所在的直流线路发生的故障前以及检测到电容换相混合式故障限流器所在的直流线路发生的故障后两种情况对电容换相混合式故障限流器实现控制，控制方式简单，可控性强；本专利技术的中通态低损耗支路起到导通直流线路的稳态电流、降低直流线路损耗和节约成本的作用，电流转移支路在故障电流出现后及时进行强迫电流转移流经限流支路，抑制故障电流；本专利技术提供的技术方案充分利用了采用限流电阻和限流电抗综合限流，可实现双向限流，限流效果好；本专利技术提供的技术方案在电容换相混合式故障限流器所在的直流线路正常运行或检测到电容换相混合式故障限流器所在的直流线路发生的故障前，电流流经通态低损耗支路，通态低损耗支路具备较小的损耗电阻，稳态时经济性较好；本专利技术提供的技术方案检测到电容换相混合式故障限流器所在的直流线路发生的故障后，伴随着电流转移支路中换相电容的充电，可强迫故障电流流经电流转移支路；本专利技术提供的技术方案使用低成本的半控型器件，可以有效节约投资。附图说明图1是本专利技术实施例1中电容换相混合式故障限流器结构图；图2是本专利技术实施例2中稳态电流路径示意图；图3是本专利技术实施例3中检测到故障前直流线路故障电流的流经路径示意图；图4是本专利技术实施例4中检测到故障后S101中直流线路故障电流的流通路径示意图。图5是本专利技术实施例4中检测到故障后S102中直流线路故障电流的流通路径示意图。图6是本专利技术实施例4中检测到故障后S1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容换相混合式故障限流器，其特征在于，包括：通态低损耗支路，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电流转移支路；电流转移支路，用于承载通流支路转移的故障电流，并使限流支路中的阻感型电容接入直流线路；限流支路，用于增加系统阻尼，限制故障电流增长。

【技术特征摘要】
1.一种电容换相混合式故障限流器，其特征在于，包括：通态低损耗支路，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电流转移支路；电流转移支路，用于承载通流支路转移的故障电流，并使限流支路中的阻感型电容接入直流线路；限流支路，用于增加系统阻尼，限制故障电流增长。2.根据权利要求1所述的电容换相混合式故障限流器，其特征在于，所述电流转移支路和限流支路利用晶闸管和换相电容配合投入限流电抗器和限流电阻，稳态损耗低，具备双向限流能力，有效抑制直流电网短路电流。3.一种如权利要求1-2任一所述的电容换相混合式故障限流器的控制方法，其特征在于，阻感型电容换相混合式限流器所在的直流线路正常运行或检测到电容换相混合式故障限流器所在的直流线路发生的故障前，所述方法包括：通态低损耗支路中的所有...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵成勇，卢宇，宋冰倩，许建中，唐崇学，邱树明，唐浩，
申请(专利权)人：华北电力大学，南京南瑞继保电气有限公司，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11