一种低压直流主动限流器限流电感控制方法技术

本发明专利技术公开了一种低压直流主动限流器限流电感控制方法，当电路正常运行时，限流器不影响直流系统，当支路发生短路时可通过运行故障限流模式精确定位故障，快速有效地限制短路电流，无需断开故障点，且通过限流电感算法，在线路发短路故障后持续注入可控的短路电流，并实现低压直流故障精确定位，并且可根据直流系统参数、故障电流延时时间及关断电流的要求确定限流电感的参数。定限流电感的参数。定限流电感的参数。

【技术实现步骤摘要】
一种低压直流主动限流器限流电感控制方法


[0001]本专利技术涉及电力系统
，更具体地，涉及一种故障电路控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着城市电网规模的不断扩大，电力电子半导体器件的发展，传统交流配电方式逐渐面临直流负荷不断涌现、需求多样化不断增加、供电可靠性与电能质量需求不断面临挑战，而直流系统具有友好接入新能源、适应多元负荷需求、电能质量高、控制灵活、传输能力强等显著优势。直流配电或在交流配电网的基础上建设交直流混合配电网，成为未来智能配电网发展趋势。
[0003]而低压直流系统复杂程度高，发生低压直流短路故障的概率也随之增加。在低压直流设备发生短路时，故障电流将对系统中的电力电子器件造成极大威胁，影响设备的安全稳定运行和系统的稳定性。
[0004]在低压直流系统中采用主动限流器来控制故障电流限制，如中国专利文献CN109038524B的一种电流双向低压直流配电系统用主动控制式限流保护器及其工作方法，其采用包括推挽电路、低压侧电容、高压侧电容、二级管等构成的保护器模块来进行电流限制。但是，这类现有技术方案无法在短路故障发生后实现故障精确定位，适用性差。
[0005]又如文献：唐欣，海帆，湛若水.直流配电网中送端换流器的故障限流控制策略[J].高电压技术，2021，47(10)：3424
‑
3429.提供的一种应用于DC/AC设备的故障限流策略，不进行检测是否发生直流短路故障，直接等效增大虚拟电阻值，将故障时刻部分直流侧电容能量馈入到交流系统中，但是该方案在发生永久性直流故障时仍需要与断路器配合断开与故障点的联系。

技术实现思路

[0006]鉴于现有技术中的低压直流系统在发生永久性直流故障时必须与断路器断开，无法在短路故障发生后实现故障点精确定位的问题，影响到配电网的稳定性。本专利技术的目的是提供一种技术方案，当电路正常运行时，限流器不影响直流系统，当支路发生短路时可通过运行故障限流模式精确定位故障，快速有效地限制短路电流，无需断开故障点，以提高配电网的稳定性。
[0007]本专利技术采用的技术方案是：一种低压直流主动限流器限流电感控制方法，包括以下步骤：
[0008]S1：正常运行时电路稳态运行，限流器不影响直流系统；
[0009]S2：当支路发生短路时，判断限流器是否限制短路电流；
[0010]S3：若是，则进入故障限流步骤；
[0011]S4：若否，则限流器直接切断电路。
[0012]通过在支路发生短路故障时，根据短路电流是否超过限流器的限值范围，采取不同的技术策略，若超过限值时，则直接切断电路，若在限值范围内，则不需要断开故障点，直
接通过故障限流算法进行定位故障，快速实现主动限流，从而提高电路的稳定性。
[0013]进一步地，S3中的所述故障限流步骤为：
[0014]SS1：将电平限流器故障下的电路等效为一阶电路模型，获取限流器电感电流上升速度；
[0015]SS2：根据故障电流延时时间和最大关断电流，确定短路最大电流上升率在安全范围内；
[0016]SS3：定位限流电感范围内的Buck型主动限流器短路。
[0017]进一步地，步骤SS1的具体步骤为：
[0018]故障点出现时，t0时刻限流器出口发生阻性短路开关S闭合，设电感电流为i
L
(t)，列写开关S闭合前后基尔霍夫电压定律，得到一阶线性微分方程：
[0019]Li'
L
+(R
f
//R
load
)i
L
＝u
dc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0020]其中，R
load
表示负荷、R
f
表示短路电阻；
[0021]由i
L
(0)＝u
dc
/R
load
，得到故障电流有：
[0022][0023]其中，时间常数τ＝L/(R
load
//R
f
)；
[0024]对故障电流求导，得短路电流上升率：
[0025][0026]短路电流最大上升率为：
[0027][0028]进一步地，步骤SS2的具体步骤为：
[0029]使短路最大电流上升率在安全范围内，则应有：
[0030][0031]其中，I
fmax
表示最大允许电感电流，I
set
表示硬件电流保护设置点，
[0032]获得限流电感：
[0033][0034]定义Δt＝t2‑
t1，一般取5～10μs。
[0035]进一步地，所述限流器的结构为：所述限流器包括高压侧滤波电容、功率管、续流二极管、低压侧滤波电感、低压侧滤波电容，所述高压侧滤波电容串联后并联在所述限流器高压侧直流电源两端，所述功率管与续流二极管串联后，并联在所述高压侧滤波电容两端，所述低压侧滤波电感左端分别与续流二极管的阴极、续流二极管的阳极相连，所述低压侧滤波电容两端分别与两个低压侧滤波电感右端相连。
[0036]相对现有技术，本专利技术当电路正常运行时，限流器不影响直流系统，当支路发生短
路时可通过运行故障限流模式精确定位故障，快速有效地限制短路电流，无需断开故障点。本专利技术通过限流电感算法，选定满足限流电感条件的限流器，在线路发短路故障后持续注入可控的短路电流，并实现低压直流故障精确定位。
附图说明
[0037]图1为本专利技术控制方法流程图。
[0038]图2为本专利技术采用Buck型主动断路器的柔性变电站低压直流系统示意图。
[0039]图3为本专利技术的Buck型主动限流器两电平结构图。
[0040]图4为本专利技术的Buck型主动限流器三电平结构图。
[0041]图5为本专利技术的直流故障电流发展趋势图。
[0042]图6为本专利技术的两电平限流器短路下的一阶等效电路图。
[0043]图7为本专利技术的单Buck型主动限流器系统仿真结构图。
[0044]图8为本专利技术的单Buck型主动限流器发生永久性阻性断路下的直流故障穿越仿真结果及放大图。
[0045]图9为本专利技术的单Buck型主动限流器发生瞬时性短路下的直流故障穿越仿真结果及放大图。
具体实施方式
[0046]城市和经济快速发展使得配电网规模不断扩大，用电密度和用电需求不断增加，直流配电方式相比于交流方式损耗更小，可以取得更高的经济效益。同时，受环境污染、能源危机等问题的影响，风光储等新型能源的发展速度越来越快，直流配电可以实现网络间更好的柔性互联，具有良好的控制稳定性，电能质量和供电可靠性更高，在交流配电网的基础上建设交直流混合配电网，成为未来智能配电网发展的重要趋势。
[0047]低压直流系统通常由DC/DC、DC/AC、直流负荷、交流负荷等设备组成，系统复杂程度高，发生低压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低压直流主动限流器限流电感控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：正常运行时电路稳态运行，所述限流器不影响直流系统；S2：当支路发生短路时，判断所述限流器是否限制短路电流；S3：若是，则进入故障限流步骤；S4：若否，则所述限流器直接切断电路。2.根据权利要求1所述的一种低压直流主动限流器限流电感控制方法，其特征在于，S3中的所述故障限流步骤为：SS1：将限流器故障下的电路等效为一阶电路模型，获取所述限流器电感电流上升速度；SS2：根据故障电流延时时间和最大关断电流，确定短路最大电流上升率在安全范围内；SS3：定位限流电感范围内的Buck型主动限流器短路。3.根据权利要求2所述的一种低压直流主动限流器限流电感控制方法，其特征在于，步骤SS1的具体步骤为：故障点出现时，t0时刻限流器出口发生阻性短路开关S闭合，设电感电流为i
L
(t)，列写开关S闭合前后基尔霍夫电压定律，得到一阶线性微分方程：Li'
L
+(R
f
//R
load
)i
L
＝u
dc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，R
load
表示负荷、R

【专利技术属性】
技术研发人员：夏翔，朱利锋，胡洪涛，王骏永，张国星，刘子卓，赵阳，刘方洲，裘皓宇，罗旻，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司丽水供电公司，
类型：发明
国别省市：