一种多端柔性直流电网故障限流方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多端柔性直流电网故障限流方法及装置，能够避免换流站闭锁，以保证高供电可靠性。该方法包括：搭建限流装置的拓扑结构；确定限流装置在储能电容放电阶段和限流电阻投入阶段的电流；设置限流装置的投入判据；选取限流装置的关键参数；当柔性直流系统的直流侧发生故障时，控制限流装置中晶闸管的导通或关断，将限流电阻串入故障回路，实现故障限流。

【技术实现步骤摘要】
一种多端柔性直流电网故障限流方法及装置
本公开涉及直流电网故障限流
，尤其涉及一种基于限流电阻的多端柔性直流电网故障限流方法及装置。
技术介绍
多端柔性直流电网中直流侧发生短路故障时，由于直流系统的低惯性、弱阻尼特性，换流站中的电容放电迅速，导致故障电流上升迅速且峰值极高。目前，多端柔性直流电网中直流侧故障电流的清除方法大体可分为三类：利用交流侧的断路器切除故障；换流器中增设故障旁路或采用有限流功能的换流器；直流侧安装故障限流器同时配置直流断路器。对于前两类故障清除方法，若直流系统中任一处发生故障需要将整个直流系统切除，因此，故障引起的停电范围广且停电时间长，严重降低了直流系统的供电可靠性。对于第三类方法，利用直流断路器仅切除故障线路，非故障部分可以正常运行，因此具有更高的供电可靠性，是一种认可度较高的故障清除方法。由于换流站中的半导体器件较为脆弱，易被过电流损坏，因此，对故障电流进行有效限制，在防止半导体器件损坏，及避免换流站闭锁等方面具有重要意义。现有技术通过串联限流电感来限制多端柔性直流系统中的短路电流。然而，限流电感的接入会显著增加保护装置的步长和投资成本，而且会降低直流系统中电压的稳定性，因此取值不能过大；此外，由于柔性直流电网中的故障电流主要为直流和低频成分，限流电感虽能限制故障电流的上升率，但对故障电流最大值的抑制作用有限，并不能防止换流站闭锁。专利技术人在研发过程中发现，现有技术方案还存在以下问题：(1)现有技术要求保护、限流电感和直流断路器相互配合，尽可能在故障电流达到最大值前切除故障。然而对保护的故障识别速度提出了极高的要求，导致保护所采用的数据窗非常短，进而降低了保护的可靠性。(2)现有技术通过超导技术实现正常情况下将限流器置于超导状态，而故障后使限流器处于失超状态以对故障电流进行限制，然而超导限流的空间需求大、成本高，目前难以推广应用。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种基于限流电阻的多端柔性直流电网故障限流方法及装置，能够避免换流站闭锁，以保证高供电可靠性。本公开一方面提供的一种基于限流电阻的多端柔性直流电网故障限流装置的技术方案是：一种基于限流电阻的多端柔性直流电网故障限流装置，该限流装置包括第一支路、第二支路、第三支路、第四支路和储能电容支路；所述第一支路的一端与第三支路的一端连接，作为限流装置的一端；所述第三支路的另一端与第四支路和储能电容支路的一端连接，所述第二支路的一端与第一支路和储能电容支路的另一端连接；所述第二支路的另一端与第四支路的另一端连接，作为限流装置的另一端。进一步的，所述第一支路上有串联有主限流电阻和第一晶闸管；所述第二支路上串联有辅助限流电阻和第二晶闸管；所述第四支路上串联有第四晶闸管，且并联有二极管；所述储能电容支路上串联有储能电容。本公开一方面提供的一种基于限流电阻的多端柔性直流电网故障限流方法的技术方案是：一种基于限流电阻的多端柔性直流电网故障限流方法，该方法包括以下步骤：搭建如上所述的限流装置的拓扑结构；确定限流装置在储能电容放电阶段和限流电阻投入阶段的电流；设置限流装置的投入判据；选取限流装置的关键参数；当柔性直流系统的直流侧发生故障时，控制限流装置中晶闸管的导通或关断，将限流电阻串入故障回路，实现故障限流。通过上述技术方案，本公开的有益效果是：(1)本公开在发生短路故障时，借助储能电容进行换相，将限流电阻投入故障回路，对故障电流进行有效限制；(2)本公开设置了限流装置的投入判据，选择了限流装置的各个参数，保证发生故障时能够将限流装置快速投入；(3)本公开可以有效降低直流侧电流，易于直流故障电流的切除。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本公开的不当限定。图1为实施例一限流装置的拓扑结构图；图2为实施例二限流方法的流程图；图3为储能电容放电电路；图4为T4关断后的放电电路；图5为复频域的运算电路；图6为短路瞬间放电电路；图7为限流电阻取值估计电路；图8为四端柔性直流电网模型的单线图；图9为仿真波形与理论分析波形的对比图；图10为限流装置中第三支路、第四支路的仿真波形图；图11为无限流装置时的仿真波形图；图12为投入限流装置时的仿真波形图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本公开使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。实施例一请参阅附图1，本实施例提供一种基于限流电阻的多端柔性直流电网故障限流装置，该限流装置包含5条支路，分别为第一支路、第二支路、第三支路、第四支路和储能电容支路；第一支路的一端与第三支路的一端连接，作为限流装置的A端；第三支路的另一端与第四支路和储能电容支路的一端连接，所述第二支路的一端与第一支路和储能电容支路的另一端连接；所述第二支路的另一端与第四支路的另一端连接，作为限流装置的B端。所述第一支路上有串联有主限流电阻R1和晶闸管T1；第二支路上串联有辅助限流电阻R2和晶闸管T2；第四支路上串联有晶闸管T4，并联有二极管D4，储能电容支路上串联有储能电容C。当柔性直流系统的直流侧发生故障时，控制限流装置中晶闸管的导通或关断，将限流电阻串入故障回路，实现故障限流。实施例二本实施例提供一种基于限流电阻的多端柔性直流电网故障限流方法，借助电容换相将限流电阻投入故障回路，与串联限流电感相比，可以有效防止换流站闭锁；与超导限流相比，所需技术难度低、投资少、易实现。请参阅附图2，所述多端柔性直流电网故障限流方法包括以下步骤：S101，搭建限流装置拓扑结构。在本实施例中，所设计的限流装置的拓扑结构如图1所示，当柔性直流系统的直流侧发生故障时，通过控制限流装置中电力电子器件的导通或关断，将限流电阻串入故障回路，进而实现故障限流目的。如图1所示，所述限流装置共包含5条支路，分别为第一支路、第二支路、第三支路、第四支路和储能电容支路；第一支路的一端与第三支路的一端连接，作为限流装置的A端；第三支路的另一端与第四支路和储能电容支路的一端连接，所述第二支路的一端与第一支路和储能电容支路的另一端连接；所述第二支路的另一端与第四支路的另一端连接，作为限流装置的B端。所述第一支路上有串联有主限流电阻R1和晶闸管T1；第二支路上串联有辅助限流电阻R2和晶闸管T2；第四支路上串联有晶闸管T4，并联有二极管D4，储能电容支路上串联有储能电容C。令第一支路、第二支路、第三支路和第四支路上的电流分别为电流i1、i2、i3和i4，储能电容支路的电流为iC。限流装置动作前，储能电容C上预充电压值为UC的电压，方向如图2所示；主限流电阻R1的阻值可以取得较大，如几十欧姆；辅助限流电阻R2的取值较小，仅为几欧姆。配置辅助限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于限流电阻的多端柔性直流电网故障限流装置，其特征是，包括第一支路、第二支路、第三支路、第四支路和储能电容支路；所述第一支路的一端与第三支路的一端连接，作为限流装置的一端；所述第三支路的另一端与第四支路和储能电容支路的一端连接，所述第二支路的一端与第一支路和储能电容支路的另一端连接；所述第二支路的另一端与第四支路的另一端连接，作为限流装置的另一端。

【技术特征摘要】
1.一种基于限流电阻的多端柔性直流电网故障限流装置，其特征是，包括第一支路、第二支路、第三支路、第四支路和储能电容支路；所述第一支路的一端与第三支路的一端连接，作为限流装置的一端；所述第三支路的另一端与第四支路和储能电容支路的一端连接，所述第二支路的一端与第一支路和储能电容支路的另一端连接；所述第二支路的另一端与第四支路的另一端连接，作为限流装置的另一端。2.根据权利要求1所述的基于限流电阻的多端柔性直流电网故障限流装置，其特征是，所述第一支路上有串联有主限流电阻和第一晶闸管；所述第二支路上串联有辅助限流电阻和第二晶闸管；所述第四支路上串联有第四晶闸管，且并联有二极管；所述储能电容支路上串联有储能电容。3.一种基于限流电阻的多端柔性直流电网故障限流方法，其特征是，该方法包括以下步骤：搭建如权利要求2所述的限流装置的拓扑结构；确定限流装置在储能电容放电阶段和限流电阻投入阶段的电流；设置限流装置的投入判据；选取限流装置的关键参数；当柔性直流系统的直流侧发生故障时，控制限流装置中晶闸管的导通或关断，将限流电阻串入故障回路，实现故障限流。4.根据权利要求3所述的基于限流电阻的多端柔性直流电网故障限流方法，其特征是，所述限流装置在储能电容放电阶段的电流确定方法为：触发第二晶闸管，储能电容通过由辅助限流电阻、第二晶闸管、二极管以及储能电容组成的放电回路放电；根据基尔霍夫电压定律，得到放电回路的放电电流。5.根据权利要求3所述的基于限流电阻的多端柔性直流电网故障限流方法，其特征是，所述限流装置在限流电阻投入阶段的电流确定方法为：储能电容放电，第四晶闸管关断后，故障电流流经储能电容和第一支路；根据基尔霍夫电压定律，得到第一支路的电流和储能电容支路的电流在复频域的表达式。6.根据权利要求3所述的基于限流电阻的多端柔性直流电网故障限流方法，其特征是，所述限流装置的投入判据为：直流侧故障电流达到二倍额定电流时，给限流装置发送触发信号，将主限流电阻和辅助限流电阻投入故障回路。7.根据权利要求3所述的基于限流电阻的多端柔性直流电网故障限流方法，其特征是，所述限流装置的关键参数包括储能电容、...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹贵彬，黄强，魏秀燕，高厚磊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37