一种用于直流侧短路故障保护的互感型限流器及工作方法技术

一种用于直流侧短路故障保护的互感型限流器，由故障限流支路模块、能量吸收支路模块以及续流支路模块构成，其工作方法包括正常运行、故障电流抑制、故障电流清除及故障恢复四个阶段；与传统的串联电抗器相比，本发明专利技术在电流上升阶段能够自动地增加等效电感，增强故障电流抑制能力；在电流下降阶段自动降低等效电感，提升故障电流衰减速度；此外还具备自恢复功能。功能。功能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于直流侧短路故障保护的互感型限流器及工作方法


[0001]本专利技术涉及直流输电系统短路故障直流线路的保护与故障处理，特别涉及一种用于直流侧短路故障保护的互感型限流器及工作方法。

技术介绍

[0002]与交流输电线路不同，直流输电线路没有电流自然过零点，故障电流切除难度大，因此直流线路的保护与故障处理成为限制多端直流输电进一步发展的主要因素之一。传统的故障限流器能够实现抑制故障电流，但均有显著的缺陷。例如，限流电抗器具有结构简单、易于快速安装等优点，但是在系统正常运行情况下会造成交流侧的电压下降和功率损耗。同时，串联的限流电抗取值过大，会降低直流系统的响应速度，导致电压振荡，降低系统的稳定性。而利用超导材料和大功率半导体器件等新技术设计故障限流器理论上也是行之有效的。
[0003]超导型故障限流器主要分为电阻型故障限流器和电感型故障限流器，由于其正常运行状态下能够具有零阻抗特性，在故障发生后能够有效抑制故障电流，对正常系统的运行没有任何消极影响。但是故障后的故障限流器快速淬火、快速恢复和低温液氮装置的安装等方面仍然存在问题，需要进一步解决。基于大功率半导体器件的故障限流器能够有效的抑制故障电流，例如串联开关型故障限流器、桥式故障限流器和谐振型故障限流器等。而对于电力电子型故障限流器，需要重点关注正常状态下的功率损耗、电压和电流应力、成本以及辅助电路、控制和定时等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于直流侧短路故障保护的互感型限流器及工作方法，它可以解决现有故障限流方法在保证系统供电可靠性，实现故障电流抑制的技术难度等方面存在的问题，是一种结构简单的故障限流器，其工作方法容易实现，能够在保证故障电流抑制功能的同时避免其对系统正常运行的影响，以提升多端直流输电系统的可靠性。
[0005]本专利技术的技术方案：一种用于直流侧短路故障保护的互感型限流器，其特征在于它包括故障限流支路模块、能量吸收支路模块以及续流支路模块；其中，所述续流支路模块与能量吸收模块呈并联连接，且与故障限流支路模块并联。
[0006]所述故障限流支路模块由主电抗器L
M
和辅助电抗器L
A
串联构成；所述主电抗器L
M
的一端与直流电源连接，另一端与辅助电抗器L
A
连接；所述辅助电抗器L
A
的另一端与直流断路器DC
‑
CB(DC Circuit Breaker)连接，同时与续流支路模块并联连接。
[0007]所述主电抗器L
M
和辅助电抗器L
A
是耦合电感，二者之间能产生互感M。
[0008]所述能量吸收支路模块由耗能电阻R构成，与续流支路模块并联连接。
[0009]所述续流支路模块由续流二极管组和全控型开关管组相互串联连接构成；所述续流二极管组的负极端接于主电抗器L
M
和辅助电抗器L
A
串联连接点上，其正极端与全控型开关管组连接；所述全控型开关管组的一端连接续流二极管组，另一端与故障限流支路模块
的辅助电抗器L
A
一端连接；所述全控型开关管组与能量吸收支路模块呈相互并联连接。
[0010]所述续流二极管组由不少于2个的二极管相互正负极首尾串联构成，一端接于主电抗器L
M
和辅助电抗器L
A
串联连接点上，另一端与全控型开关管组连接，二极管数量选择需满足每个二极管的分压不超过其额定电压的。
[0011]所述全控型开关管组是由不少于2个的GTO器件组成，相互之间通过阳极阴极依次串联连接，一端连接续流二极管组，另一端与故障限流支路模块的辅助电抗器L
A
一端连接，GTO数量选择需满足每个GTO的分压不超过其额定电压的。
[0012]所述直流断路器DC
‑
CB是由不少于2个的IGBT与二极管并联后相互正相连接构成，其两端与一个可变电阻并联。
[0013]一种用于直流侧短路故障保护的互感型限流器的工作方法，包括以下步骤：
[0014](1)正常运行阶段
[0015]正常运行状态下，直流断路器处于闭合状态，直流电流i
dc
通过故障限流支路模块的主电抗器L
M
、辅助电抗器L
A
和直流断路器流向负载；由于线路上传输稳定的直流电流，此时故障限流支路模块的主电抗器L
M
和辅助电抗器L
A
之间的互感M等效0；因此互感型限流器在正常运行时等效为功率损耗略有提升的串联电抗；
[0016]主电抗器L
M
自感电压V
M
、辅助电抗器L
A
自感电压V
A
、辅助电抗器对主电抗器的互感电压V
Mm
和主电抗器对辅助电抗器的互感电压V
Am
通过公式(1)计算得出：
[0017][0018]:其中，i
LM
为流过主电抗器L
M
的电流，i
AM
为流过辅助电抗器L
A
的电流；
[0019](2)故障电流抑制阶段
[0020]在故障电流抑制阶段，直流断路器尚未动作，仍然处于闭合状态，其中，直流断路器DC
‑
CB的IGBT处于开通状态；此时，直流电流i
dc
通过故障限流支路模块的主电抗器L
M
，辅助电抗器L
A
和直流断路器流向故障点；流过所述互感型限流器的电流可以表示为公式(2)
[0021][0022]由公式(1)可知，由于直流电流i
dc
处于上升阶段，因此主电抗器自感电压V
A
、辅助电抗器自感电压V
M
、辅助电抗器对主电抗器的互感电压V
Mm
和主电抗器对辅助电抗器的互感电压V
Am
均为正值；主电抗器L
M
和辅助电抗器L
A
两个耦合电感之间的互感处于助磁状态，其电压如公式(3)所示：
[0023][0024]此时，续流二极管组和全控型开关管组两端电压为
‑
(V
A
+V
Mm
)，因此续流二极管组无法导通；
[0025]在故障电流抑制阶段，故障电流持续上升，由于故障限流支路模块的主电抗器L
M
和辅助电抗器L
A
之间的互感作用，此时互感型限流器额外产生了V
Mm
和V
Am
两个互感电压，由L
A
、L
M
形成的等效电感L
eq
两端的电压U
Leq
如公式(4)所示：
[0026][0027]因此，在故障电流抑制阶段，电流上升本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于直流侧短路故障保护的互感型限流器，其特征在于它包括故障限流支路模块、能量吸收支路模块以及续流支路模块；其中，所述续流支路模块与能量吸收模块呈并联连接，且与故障限流支路模块并联。2.根据权利要求1所述一种用于直流侧短路故障保护的互感型限流器，其特征在于所述故障限流支路模块由主电抗器L
M
和辅助电抗器L
A
串联构成；所述主电抗器L
M
的一端与直流电源连接，另一端与辅助电抗器L
A
连接；所述辅助电抗器L
A
的另一端与直流断路器DC
‑
CB连接，同时与续流支路模块并联连接。3.根据权利要求2所述一种用于直流侧短路故障保护的互感型限流器，其特征在于所述主电抗器L
M
和辅助电抗器L
A
是耦合电感，二者之间能产生互感M。4.根据权利要求1所述一种用于直流侧短路故障保护的互感型限流器，其特征在于所述能量吸收支路模块由耗能电阻R构成，与续流支路模块并联连接。5.根据权利要求4所述一种用于直流侧短路故障保护的互感型限流器，其特征在于所述续流支路模块由续流二极管组和全控型开关管组相互串联连接构成；所述续流二极管组的负极端接于主电抗器L
M
和辅助电抗器L
A
串联连接点上，其正极端与全控型开关管组连接；所述全控型开关管组的一端连接续流二极管组，另一端与故障限流支路模块的辅助电抗器L
A
一端连接；所述全控型开关管组与能量吸收支路模块呈相互并联连接。6.根据权利要求5所述一种用于直流侧短路故障保护的互感型限流器，其特征在于所述续流二极管组由不少于2个的二极管相互正负极首尾串联构成，一端接于主电抗器L
M
和辅助电抗器L
A
串联连接点上，另一端与全控型开关管组连接，二极管数量选择需满足每个二极管的分压不超过其额定电压的。7.根据权利要求5所述一种用于直流侧短路故障保护的互感型限流器，其特征在于所述全控型开关管组是由不少于2个的GTO器件组成，相互之间通过阳极阴极依次串联连接，一端连接续流二极管组，另一端与故障限流支路模块的辅助电抗器L
A
一端连接，GTO数量选择需满足每个GTO的分压不超过其额定电压的。8.根据权利要求2所述一种用于直流侧短路故障保护的互感型限流器，其特征在于所述直流断路器DC
‑
CB是由不少于2个的IGBT与二极管并联后相互正相连接构成，其两端与一个可变电阻并联。9.一种用于直流侧短路故障保护的互感型限流器的工作方法，包括以下步骤：(1)正常运行阶段正常运行状态下，直流断路器处于闭合状态，直流电流i
dc
通过故障限流支路模块的主电抗器L
M
、辅助电抗器L
A
和直流断路器流向负载；由于线路上传输稳定的直流电流，此时故障限流支路模块的主电抗器L
M
和辅助电抗器L
A
之间的互感M等效0；因此互感型限流器在正常运行时等效为功率损耗略有提升的串联电抗；主电抗器L
M
自感电压V
M
、辅助电抗器L
A
自感电压V
A
、辅助电抗器对主电抗器的互感电压V
Mm
和主电抗器对辅助电抗器的互感电压V
Am
通过公式(1)计算得出：
:其中，i
LM
为流过主电抗器L
M
的电流，i
AM
为流过辅助电抗器L
A
的电流；(2)故障电流抑制阶段在故障电流抑制阶段，直流断路器尚未动作，仍然处于闭合状态，其中，直流断路器DC
‑
CB的IGBT处于开通状态；此时，直流电流i
dc
通过故障限流支路模块的主电抗器L
M
，辅助电抗器L
A
和直流断路器流向故障点；流过所述互感型限流器的电流可以表示为公式(2)由公式(1)可知，由于直流电流i
dc
处于上升阶段，因此主电抗器自感电压V
A
、辅助电抗器自感电压V
M
、辅助电抗器对主电抗器的互感电压V
Mm
和主电抗器对辅助电抗器的互感电压V
Am
均为正值；主电抗器L
M
和辅助电抗器L
A
...

【专利技术属性】
技术研发人员：车延博，郭啸，梅名皖，郑智昊，胡钦校，孙久龙，郭嘉，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：