一种基于预充电换相电容的阻感型直流故障限流器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于预充电换相电容的阻感型直流故障限流器，该限流器由5条支路构成：支路1是辅助限流支路，由第一晶闸管和第一电阻构成；支路2是主要限流支路，由第二晶闸管、第二电阻以及电抗构成；支路3是低损耗流通支路，由第三晶闸管和与其反向并联的二极管构成；支路4和支路5一同构成预充电回路，其中支路4是换相电容所在支路，支路5是由第四晶闸管、第三电阻以及第二电容构成。适用于大功率高压直流输电。高压直流输电。高压直流输电。

【技术实现步骤摘要】
一种基于预充电换相电容的阻感型直流故障限流器


[0001]本技术属于电力系统
，具体涉及一种基于预充电换相电容的阻感型直流故障限流器。

技术介绍

[0002]柔性直流电网可实现分布式新能源的平滑接入、有功功率无功功率的解耦控制，能够远距离输电且输电损耗小，不存在无功补偿和换相失败等问题，被认为是构建未来全球能源互联网的关键技术。然而，直流电网具有“低惯量、低阻抗”的特性，在直流侧出现短路故障后，直流电容快速放电，直流电流急剧上升，较大的故障冲击电流极易导致换流器件因过流而损坏。基于高压直流断路器快速切断故障线路是目前适合于处理直流电网中直流故障的保护方案之一。为降低故障电流的上升率，降低直流断路器承受的开断时电流应力，减少直流断路器的成本，研究适用于直流电网中的直流故障限流器具有显著意义。
[0003]目前直流故障限流器(FCL)可划分为3类：超导限流器、固态限流器以及混合式限流器。超导限流器因造价过高，电网的经济性能无法保障，且高压超导限流器还会带来均匀失超的新问题；固态限流器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；混合式限流器目前主要集中于中低压系统。因此，设计适用于高压直流电网的故障限流器，很有意义。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供一种基于预充电换相电容的阻感型直流故障限流器，适用于大功率高压直流输电。
[0005]实现上述目的的技术方案是：
[0006]一种基于预充电换相电容的阻感型直流故障限流器，包括：第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四晶闸管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、电抗、换相电容、第二电容和二极管，其中，
[0007]所述第一晶闸管的阳极连接输入端，阴极连接所述第一电阻的第一端；
[0008]所述第三晶闸管的阳极连接输入端，阴极连接输出端；
[0009]所述二极管的阴极连接输入端，阳极连接输出端；
[0010]所述换相电容的一端连接输出端，另一端连接所述第一电阻的第二端；
[0011]所述第二晶闸管的阳极连接所述第一电阻的第二端，阴极通过所述第二电阻连接所述电抗的第一端；所述电抗的第二端连接输出端；
[0012]所述第四晶闸管的阳极连接所述第一电阻的第二端，阴极通过所述第三电阻连接所述第二电容的第一端；所述第二电容的第二端接地。
[0013]优选的，所述的输入端外接换流站；所述输出端连接直流母线。
[0014]优选的，所述换流站为整流站或逆变站。
[0015]本技术的有益效果是：本技术通过有效的设计，稳态损耗低，适用于大功
一起抑制故障电流。在换相电容C1、第二电容C2充满电后，电流便全部流向负载，此时预充电支路中电流为零，第四晶闸管T
c
关断，此后T
c
‑
R
c
‑
C2从回路中切除，不参与限流过程。将支路1
‑
3中流过的电流分别命名为i1‑
i3，换相电容C1所在支路电流命名为i
c
。
[0029]如图2所示，正常状态下，系统上电完毕后，电流经过低损耗流通支路向负载供电，此后系统一直对回路电流进行监测。故障后，系统检测到回路电流大于设定值，立即给第一晶闸管T1送入触发脉冲，同时也给第二晶闸管T2送入持续的触发信号；第一晶闸管T1由于一直承受换相电容C1的正向电压而导通，换相电容C1开始放电，放电电流导致第三晶闸管T3关断；然后故障电流给电容换相电容C1充电，鉴于第二晶闸管T2已被施加触发信号，当其开始承受正向电压便立即导通，自此限流支路1、2均被投入故障回路抑制故障电流。C
s
、L
s
、R
s
分别是换流站侧的系统等效电容、电抗和电阻。
[0030]如图3所示：给第三晶闸管T3、第四晶闸管T
c
送入触发脉冲使其导通，电流流过第三晶闸管T3后，一部分流向预充电支路，给换相电容C1、第二电容C2充电；另一部分通过输电线路向负载供电。待充电完毕后，电流便全部流向负载，此时预充电支路电流为零，第四晶闸管T
c
关断。此后T
c
‑
R
c
‑
C2从回路中切除，不参与限流过程。
[0031]以下分析限流器电路的动作过程：
[0032]在发生故障(时刻)前，系统经过低损耗支路向负载供电，t0时刻发生短路故障，此后限流器动作过程如下：
[0033]1)t0—t1时刻
[0034]在t0时刻发生故障后，电流迅速增大，t0—t1时段内，短路电流通过低损耗支路流向故障处，如图4中的回路1虚线所示。
[0035]根据KVL定律，可得式(1)，其解如式(2)所示：
[0036][0037]假设故障瞬间的初始条件为i
dc
(t0)＝I0，则可得电容电压、故障电流表达式：
[0038][0039]其中：
[0040][0041]此过程中该系统为RLC二阶动态电路的欠阻尼情况，为振荡衰减放电过程。
[0042]t1时刻系统检测到回路电流i
dc
大于设定值I
set
，立即给晶闸管送入T1送入触发脉
冲，T1由于一直承受C1的正向电压而导通，换相电容C1立即放电，放电电流如图4中的回路2虚线所示；换相电容C1的放电电流必须大于故障电流，才能在t2时刻成功关断第三晶闸管T3。设换相电容的初始电压为U
c1
，该换路过程成功的条件是，换相电容电压和支路电流满足式(5)所示条件：
[0043][0044]2)t1—t2时刻
[0045]t1时刻，第三晶闸管T3被关断，此后电路进入C
s
和C1串联经过L
s
、R
s
和R1放电过程，故障电流不断给换相电容C1反向充电，直到如图5所示，t1—t2过程为三阶动态电路求解过程，根据电路原理知识可列出式(5)：
[0046][0047]3)t2—t3时刻
[0048]至t2时刻，换相电容电压u
c1
＝0，故障电流继续给换相电容C1反向充电，T2因开始承受正向电压而立即导通。如图6所示，t2—t3过程为四阶动态电路求解过程，根据电路原理知识可列出式(6)：
[0049][0050]3)t3时刻以后
[0051]t3时刻，换相电容C1已充满电，其所在支路电流为零，故障电流全部流进限流支路2，电容C1不再产生影响。自此限流支路1、2均被投入故障回路抑制故障电流，限流器动作过程完成，如图7所示。此时电路又回到二阶电路放电过程，该过程与t0—t1放电过程的不同在于系统电阻、电抗经过限流器的投入过程而增大，从而改变了二阶电路的时间常数，抑制故障电流进一步上升。
[0052]以上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于预充电换相电容的阻感型直流故障限流器，其特征在于，包括：第一晶闸管、第二晶闸管、第三晶闸管、第四晶闸管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、电抗、换相电容、第二电容和二极管，其中，所述第一晶闸管的阳极连接输入端，阴极连接所述第一电阻的第一端；所述第三晶闸管的阳极连接输入端，阴极连接输出端；所述二极管的阴极连接输入端，阳极连接输出端；所述换相电容的一端连接输出端，另一端连接所述第一电阻的第二端；所述第二晶闸管的阳极连接所述第一电阻的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张孝荟，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：新型
国别省市：