直流配电网接地旁路功能的耦合电感式双向直流限流器制造技术

一种直流配电网接地旁路功能的耦合电感式双向直流限流器，属于直流输电保护设备领域。本发明专利技术的目的是设计一个旨在实现直流故障电流高效抑制直流配电网接地旁路功能的耦合电感式双向直流限流器。本发明专利技术步骤是：设计GBCIB

【技术实现步骤摘要】
直流配电网接地旁路功能的耦合电感式双向直流限流器


[0001]本专利技术属于直流输电保护设备领域。

技术介绍

[0002]随着能源短缺和环境恶化问题的加剧，能源的开发与利用逐渐从传统能源向可再生能源过渡。具备柔性直流输电技术优点的直流电网是可再生能源并网和消纳的有效手段。利用架空线进行直流电网组网是未来的主流形式，但其也为直流电网带来了更多发生故障的风险。由于电力电子器件组成的直流电网具有惯量低、阻抗低的特性导致其故障发展迅速，因此故障电流在数毫秒内就会达到绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)及相关电力电子器件的工作耐受上限，给直流系统尤其是直流换流站安全运行造成巨大隐患。而且直流系统电流没有过零点，为故障电流的高效抑制带来了新的挑战。从避免换流站闭锁退出的角度考虑，加装直流故障限流器是一种故障电流抑制的有效手段。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是设计一个旨在实现直流故障电流高效抑制直流配电网接地旁路功能的耦合电感式双向直流限流器。
[0004]本专利技术步骤是：S1、设计GBCIB
‑
FCL的拓扑GBCIB
‑
FCL由主通流部分和限流部分组成，主通流部分由快速机械开关Brk
FCL
和负荷转移开关串联组成，当系统发生短路故障时，通过投入限流部分实现的短路电流的转移，该部分由辅助支路、限流支路和旁路支路构成，辅助支路即并联IGBT固态开关S
FCL
，限流支路利用电感通低频、阻高频及全控器件快速可控的特点，将直流故障电流转换变为高频交变电流，旁路支路由晶闸管阀组T
by
和旁路电阻R
by
串联构成，辅助支路、限流支路和旁路支路通过二极管桥实现GBCIB
‑
FCL的双向功率交换；S2、设计GBCIB
‑
FCL拓扑的正常
‑
预限流
‑
限流
‑
断开旁路四个工作状态(1)直流线路正常运行时，Brk
FCL
及LCS闭合导通，S
FCL
关断，S
L1
、S
L2
关断；(2)当GBCIB
‑
FCL在预限流工作状态时，给S
FCL
导通信号，同时给S
L1
、S
L2
交替导通信号，再断开Brk
FCL
及LCS，GBCIB
‑
FCL进入预限流工作状态，限流器内电流流经辅助支路；(3)给S
FCL
关断信号，S
L1
、S
L2
保持交替导通，触发T
by
阀组，限流器内电流流经限流支路，流经分流电阻以及耦合电感；(4)Brk
FCL
断开，S
FCL
关断，S
L1
、S
L2
关断，已触发的T
by
阀组将旁路支路投入为直流电感提供泄能回路，GBCIB
‑
FCL中电流主要流经旁路支路；S3、建立GBCIB
‑
FCL拓扑限流过程的模型假设此时S
L1
关断，S
L2
导通，忽略限流部分中其他非线性器件，取关联参考方向，等
效电路：将式(1)整理成矩阵形式：取状态变量x＝(i
L1 i
L2 i
L
)
T
，输入u＝U，列出状态方程：其中：同理，当S
L1
导通S
L2
关断时可得相似结果；S4、给出GBCIB
‑
FCL的主要参数选择方法需要设计的参数包括电感L1和L2、互感系数k以及交替信号频率f
sw
，取自感L＝L1＝L2从50mH以25mH步进变化至150mH，并取互感系数k以0.1为间隔从0步进变化至1，得到限流部分单独工作时短路电流被限制的不同情况，取交替信号频率f
sw
从1.5kHz至3.5kHz以0.25kHz步进变化时，得到的故障电流波形。
[0005]本专利技术科学合理，适用性强，可靠性高，效果佳的具有接地旁路功能的耦合电感式双向直流限流器。
附图说明
[0006]图1是GBCIB
‑
FCL的拓扑图；图2是GBCIB
‑
FCL的正常工作状态图；图3是GBCIB
‑
FCL的预限流工作状态图；图4是GBCIB
‑
FCL的限流工作状态图；图5是GBCIB
‑
FCL的断开旁路状态图；图6是GBCIB
‑
FCL的数学模型等效电路图；图7是自感50mH至150mH变化和互感系数0至1变化时限流部分单独工作的短路电流情况图；图8是交替信号频率1.5kHz增加至3.5kHz时限流部分单独工作的短路电流情况图。
具体实施方式
[0007]本专利技术步骤是：步骤1：设计GBCIB
‑
FCL的拓扑；步骤2：设计GBCIB
‑
FCL拓扑的“正常
‑
预限流
‑
限流
‑
断开旁路”四个工作状态；步骤3：建立GBCIB
‑
FCL拓扑限流过程的数学模型；步骤4：给出GBCIB
‑
FCL的主要参数选择方法。
[0008]GBCIB
‑
FCL的拓扑如图1所示，GBCIB
‑
FCL由主通流部分和限流部分组成。主通流部分(支路)由快速机械开关Brk
FCL
和负荷转移开关(load commutation switch,LCS)串联组成，其通态损耗低，用于维持系统正常运行时的功率传输。当系统发生短路故障时，通过投入限流部分实现的短路电流的转移，该部分由辅助支路、限流支路和旁路支路构成。辅助支路即并联IGBT固态开关S
FCL
，用于配合主通流支路转移故障电流，并在电流转移后配合直流断路器进行重合操作。限流支路中，利用电感“通低频、阻高频”及全控器件快速可控的特点，将直流故障电流转换变为高频交变电流，以实现直流故障电流的快速高效抑制的目的。耗能电阻R
L1
、R
L2
为耦合电感L1、L2提供放电回路；电感IGBT固态开关S
L1
、S
L2
通过与分流电阻R
FCL
并联实现部分故障电流分流；保护避雷器A
L1
、A
L2
和尖峰吸收避雷器A
FCL
用来吸收开关管动作过程中的尖峰过电压，防止开关器件(IGBT)两端过压导致器件击穿损坏。旁路支路由晶闸管阀组T
by
和旁路电阻R
by
串联构成，可以将故障侧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流配电网接地旁路功能的耦合电感式双向直流限流器，其特征在于：其步骤是：S1、设计GBCIB
‑
FCL的拓扑GBCIB
‑
FCL由主通流部分和限流部分组成，主通流部分由快速机械开关Brk
FCL
和负荷转移开关串联组成，当系统发生短路故障时，通过投入限流部分实现的短路电流的转移，该部分由辅助支路、限流支路和旁路支路构成，辅助支路即并联IGBT固态开关S
FCL
，限流支路利用电感通低频、阻高频及全控器件快速可控的特点，将直流故障电流转换变为高频交变电流，旁路支路由晶闸管阀组T
by
和旁路电阻R
by
串联构成，辅助支路、限流支路和旁路支路通过二极管桥实现GBCIB
‑
FCL的双向功率交换；S2、设计GBCIB
‑
FCL拓扑的正常
‑
预限流
‑
限流
‑
断开旁路四个工作状态(1)直流线路正常运行时，Brk
FCL
及LCS闭合导通，S
FCL
关断，S
L1
、S
L2
关断；(2)当GBCIB
‑
FCL在预限流工作状态时，给S
FCL
导通信号，同时给S
L1
、S
L2
交替导通信号，再断开Brk
FCL
及LCS，GBCIB
‑
FCL进入预限流工作状态，限流器内电流流经辅助支路；(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李赫，袁梦瑶，王尉，曹志刚，王宸，丁仁杰，王振浩，
申请(专利权)人：吉林市瑞来科技发展有限公司东北电力大学国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：