一种基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器，包括：预充电电容模块，用于储存并在柔性直流电网发生短路故障时释放电能，产生电流；磁耦合模块，用于将所述预充电电容模块产生的电流磁耦合转换为与直流电网电压相抵消、限制故障电流的负压。本发明专利技术提供了一种基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器，能够同时满足参数快速变化、快速限流、低损耗和高可靠性的要求。

An active fault current limiter for flexible DC power grid based on controllable magnetic coupling

【技术实现步骤摘要】
一种基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器
本专利技术属于直流电网领域，特别涉及一种基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器。
技术介绍
伴随着从传统的能源结构向清洁、高效的能源结构转型需求，可再生能源快速发展。与此同时，能源系统对能量汇集、并网、传输、分配的重要媒介——电网有了新的功能和性能需求；柔性直流(柔直)电网以其具备的优势是未来电网重要的发展方向之一。故障限流，关系到柔性直流电网可靠、安全运行，而直流限流器的发展相对滞后，现有直流限流器不能同时满足参数快速变化、快速限流、低损耗和高可靠性的要求。因此，亟需一种限流器能够同时满足参数快速变化、快速限流、低损耗和高可靠性的要求。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器，能够同时满足参数快速变化、快速限流、低损耗和高可靠性的要求。一种基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器，包括：预充电电容模块，用于储存并在柔性直流电网发生短路故障时释放电能，产生电流；磁耦合模块，用于将所述预充电电容模块产生的电流磁耦合转换为与直流电网电压相抵消、限制故障电流的负压。优选的，所述磁耦合模块包括一次侧线圈和二次侧线圈，所述一次侧线圈和二次侧线圈通过磁场相互耦合。优选的，所述磁耦合模块的二次侧线圈与所述预充电电容模块串联，所述磁耦合模块的一次侧线圈串联在电网传输线上。优选的，所述预充电电容模块设置为两个，两个所述的预充电电容模块并联，且充电极性相反。优选的，所述基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器，还包括电容预充电模块，所述电容预充电模块与所述预充电电容模块并联，用于为所述预充电电容模块充电。优选的，所述基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器，还包括电容放电控制模块，所述电容放电控制模块与所述预充电电容模块串联，用于控制所述预充电电容模块释放电能。优选的，所述电容放电控制模块包括电力电子开关单元，所述电力电子开关单元的一端连接于所述预充电电容模块，另一端连接于所述磁耦合模块，用于控制所述预充电电容模块释放电能。优选的，所述电容放电控制模块还包括吸收电路，所述吸收电路与所述电力电子开关单元并联，用于改进电力电子开关单元开通与关断时刻所承受的电压、电流波形，保护所述电力电子开关单元。优选的，所述吸收电路为RC吸收电路，所述RC吸收电路包括电阻RS与电容CS，所述电阻RS与电容CS串联。优选的，所述电容放电控制模块还包括压敏电阻，所述压敏电阻与所述电力电子开关单元并联，用于保护所述电力电子开关单元。优选的，所述电容放电控制模块还包括负载电路，所述负载电路与所述电力电子开关单元并联，用于调节所述预充电电容模块的放电速度。优选的，所述电力电子开关单元包括第一功率半导体器件和第二功率半导体器件，所述第一功率半导体器件和第二功率半导体器件串联、导通方向相反。优选的，所述第一、第二功率半导体器件选自绝缘栅双极型晶体管IGBT或者集成门极换流晶闸管IGCT。本专利技术所述的基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器，在非限流状态，其阻抗值要小于电抗式限流器，在故障发生后，所述故障限流器转换为限流模式，通过二次侧的电容放电，通过磁耦合到一次侧，在一次侧形成负压，此负压与直流电源相抵消，实现限流。本专利技术能够同时满足参数快速变化、快速限流、低损耗和高可靠性的要求，其限流效果要优于电抗式限流器。同时，本专利技术所述的基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器一次侧为纯金属材料，不引入半导体成分，不额外增加大量的限流器工作状态的损耗，且不在一次侧加入半导体元件，有利于减小设备的复杂程度，提高设备的可靠性以及提高设备的技术经济性和可行性。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示出了本专利技术所述的基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器的一种简化拓扑图；图2示出了本专利技术所述的基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器的另一种简化拓扑图；图3示出了本专利技术所述的基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器的限流效果与电抗器限流效果对比图；图4示出了本专利技术所述的电容放电控制模块的一种电路结构图；图5示出了本专利技术所述的电容放电控制模块的另一种电路结构图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本实施例公开了一种基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器，具体的，本实施例所述的故障限流器为一种在断路器分断故障电流之前，限制故障电流上升的一种设备，工作在短路故障发生到断路器分断故障电流之间的暂态。本实施例所述的故障限流器与直流断路器串联，与断路器动作时间相配合，从而达到限制故障电流的效果。请参照图1，所述基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器包括：预充电电容模块，用于储存并在柔性直流电网发生短路故障时释放电能，产生电流；磁耦合模块，用于将所述预充电电容模块产生的电流磁耦合转换为与直流电网相抵消、限制故障电流的负压。其中，所述磁耦合模模块包括一次侧线圈和二次侧线圈，所述一次侧线圈和二次侧线圈通过磁场相互耦合。所述磁耦合模块的二次侧线圈与所述预充电电容模块串联，所述磁耦合模块的一次侧线圈串联在电网传输线上。具体的，所述一次侧线圈的接线端子连接于所述柔性直流电网，所述二次侧线圈的接线端子连接于所述预充电电容模块的两端。其中，R11为一次侧线圈电阻，R2为二次侧线圈电阻，L11为一次侧线圈电感，L12为二次侧线圈电感。本实施例通过耦合电感的方式将柔性直流电网传输线与电容储能放电侧通过磁场实现耦合，在不破坏柔性直流电网传输线纯金属材料，不在柔性直流电网传输线上增加其它材料成分(如电力电子器件引入的半导体材料)的基础上，实现由电容储能放电侧快速放电，磁映射到一次侧形成负压的限流原理。本实施例示例性的给出了直流断路器动作时刻为3ms，本实施例所述的故障限流器的限流效果与电抗式限流器限流效果，如图2所示。图2中的本实施例所述的故障限流器在柔性直流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器，其特征在于，包括：/n预充电电容模块，用于储存并在柔性直流电网发生短路故障时释放电能，产生电流；/n磁耦合模块，用于将所述预充电电容模块产生的电流磁耦合转换为与直流电网电压相抵消、限制故障电流的负压。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器，其特征在于，包括：
预充电电容模块，用于储存并在柔性直流电网发生短路故障时释放电能，产生电流；
磁耦合模块，用于将所述预充电电容模块产生的电流磁耦合转换为与直流电网电压相抵消、限制故障电流的负压。


2.根据权利要求1所述的基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器，其特征在于，所述磁耦合模块包括一次侧线圈和二次侧线圈，所述一次侧线圈和二次侧线圈通过磁场相互耦合。


3.根据权利要求2所述的基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器，其特征在于，
所述磁耦合模块的二次侧线圈与所述预充电电容模块串联，
所述磁耦合模块的一次侧线圈串联在电网传输线上。


4.根据权利要求1所述的基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器，其特征在于，所述预充电电容模块设置为两个，
两个所述的预充电电容模块并联，且充电极性相反。


5.根据权利要求1或4所述的基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器，其特征在于，还包括电容预充电模块，
所述电容预充电模块与所述预充电电容模块并联，用于为所述预充电电容模块充电。


6.根据权利要求1或4所述的基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器，其特征在于，还包括电容放电控制模块，
所述电容放电控制模块与所述预充电电容模块串联，用于控制所述预充电电容模块释放电能。


7.根据权利要求6所述的基于可控磁耦合的有源式柔性直流电网故障限流器，其特征在于，所述电容放电控制模块包括电力电子开关单元，
所述电力电子开关单元的一端连...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂子攀，余占清，屈鲁，张翔宇，陈政宇，尚杰，刘佳鹏，周文鹏，任春频，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11