J-D串联混合型直流故障限流器、控制及参数设计方法技术

本发明专利技术公开了一种J

【技术实现步骤摘要】
J
‑
D串联混合型直流故障限流器、控制及参数设计方法


[0001]本专利技术属于直流输/配/微电网领域，特别是涉及一种具有双向限流能力的直流故障限流器拓扑结构、控制策略及参数设计方法。

技术介绍

[0002]柔性直流系统在大规模新能源基地外送并网、异步电网柔性互联等方面具有突出的技术优势，是新型电力系统发展的典型形态。但是，柔性直流系统故障电流冲击大、核心设备耐受过流能力弱，随着系统规模、输送容量的不断提升，必须配置有效的故障电流限制措施，确保设备的安全运行、系统的可靠穿越。
[0003]目前，柔直系统中典型的故障限流方法直接在换流站出口或线路两端加装限流电抗器。该方法简单可行，但会对断路器MOV耗能容量需求、故障电流清除速度以及系统运行稳定性造成不利影响。针对上述问题，国内外学者提出了多种电力电子型直流故障限流器，旨在实现限流电感在系统运行和故障等不同阶段下的有效投切，从而消除限流电感造成的不利影响。但是，现有的具有双向限流能力的电力电子型故障限流器造价成本较高；具有单向限流能力的电力电子型故障限流器造价成本有所降低，但不能满足柔直系统完备的故障限流需求。为此，如何兼顾双向限流能力和造价成本成为直流故障限流器工程推广应用的关键难题。

技术实现思路

[0004]针对单向故障限流器无法保障不同位置故障电流有效抑制、纯双向限流器成本较高的问题，本专利技术提出了一种J
‑
D串联混合型直流故障限流器、控制及参数设计方法，实现了双向导通可控电力电子开关支路J和单向二极管支路D混合配置构成限流器耗能支路，实现直流系统正向、反向故障限流。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种J
‑
D串联混合型直流故障限流器，由电感L1、L2、第一耗能支路、第二耗能支路以及电阻R3构成；其中，所述电感L1与L2串联，所述电阻R3与所述电感L1、L2所构成的串联支路并联；所述第一耗能支路由双向导通可控电力电子开关支路J与电阻R1串联构成，与电感L1并联；所述第二耗能支路由单向二极管支路D与电阻R2串联构成，与电感L2并联。
[0007]进一步的，该限流器适用于直流系统正、反向故障限流，其中，单向二极管支路D的阳极指向供给故障电流值大的一侧，单向二极管支路D的阴极指向供给故障电流值小的一侧。
[0008]进一步的，所述双向导通可控电力电子开关支路J进一步包括两个单向晶闸管串联支路反并联或两个单向GTO串联支路反并联或两个单向IGBT串联支路反向串联三者其中之一的连接结构。
[0009]一种J
‑
D串联混合型直流故障限流器的控制方法，应用于J
‑
D串联混合型直流故障限流器，该方法包括以下步骤：
[0010]在正常运行状态下，第一耗能支路中的双向导通可控电力电子开关支路J处于关断状态，负荷电流流经电感L1、L2；
[0011]在直流系统发生故障以后的初期，第一耗能支路中的双向导通可控电力电子开关支路J处于关断状态，限流电感L1、或限流电感L1和L2用于无延时故障限流；
[0012]在直流系统发生故障并且限流器接收到断路器的跳闸信号以后，导通第一耗能支路中的双向导通可控电力电子开关支路J，使电感L1、L2的电流在限流器内部形成环流。
[0013]进一步的，电感L1、L2的参数设计的具体过程如下：
[0014]在不考虑限流器限流作用的情况下，计算限流器两侧故障时的故障电流峰值；
[0015]限流器右侧故障时的故障电流峰值i
dc1
由式(1)计算得到：
[0016][0017]其中，C
eq1
、L
eq1
、R
eq1
为限流器左侧柔直系统的等值电容、等值电感和等值电阻，U
dcN
为系统额定电压，I
dcN
为系统额定电流，t
trip
为柔直系统中配置的直流保护的动作时间加上直流断路器跳闸时间；
[0018]式(1)中的变量A1、σ1、ω1、θ1‑
β1由式(2)计算得到：
[0019][0020]限流器左侧故障时的故障电流峰值i
dc2
由式(3)计算得到：
[0021][0022]其中，C
eq2
、L
eq2
、R
eq2
为限流器右侧柔直系统的等值电容、等值电感和等值电阻，U
dcN
为系统额定电压，I
dcN
为系统额定电流；t
trip
为柔直系统中配置的直流保护的动作时间加上直流断路器跳闸时间；
[0023]式(3)中的A2、σ2、ω2、θ2‑
β2由式(2)计算得到：
[0024][0025]比较限流器右侧故障时的故障电流峰值i
dc1
和限流器左侧故障时的故障电流峰值
i
dc2
的大小，得到电感L1、L2的求解方程；
[0026]若限流器右侧故障时的故障电流峰值i
dc1
大于等于限流器左侧故障时的故障电流峰值i
dc2
即i
dc1
≥i
dc2
，则电感L1、L2的求解方程如下式所示：
[0027][0028]上式计算结果中，若L1≥0，则L1、L2的计算结果均不再变化；若L1<0，则令L1＝0，L2等于上式计算得到的L1+L2，其中，η为故障电流抑制率，变量A
2_lim
、σ
2_lim
、ω
2_lim
、β
2_lim
和变量A
1_lim
、σ
1_lim
、ω
1_lim
、β
1_lim
分别由式(6
‑
1)、(7
‑
1)计算得到；
[0029][0030][0031]相反，若限流器右侧故障时的故障电流峰值i
dc1
小于限流器左侧故障时的故障电流峰值i
dc2
即i
dc1
＜i
dc2
，则电感L1、L2的求解方程如以下式所示：
[0032][0033]上式计算结果中，若L1≥0，则L1、L2的计算结果均不再变化；若L1<0，则令L1＝0，L2等于上式计算得到的L1+L2，其中，η为故障电流抑制率，变量A
1_lim
σ
1_lim
、ω
1_lim
、β
1_lim
和变量A
2_lim
、σ
2_lim
、ω
2_lim
、β
2_lim
分别由式(6
‑
2)和式(7
‑
2)计算得到；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种J
‑
D串联混合型直流故障限流器，其特征在于，由电感L1、L2、第一耗能支路、第二耗能支路以及电阻R3构成；其中，所述电感L1与L2串联，所述电阻R3与所述电感L1、L2所构成的串联支路并联；所述第一耗能支路由双向导通可控电力电子开关支路J与电阻R1串联构成，与电感L1并联；所述第二耗能支路由单向二极管支路D与电阻R2串联构成，与电感L2并联。2.根据权利要求1所述的一种J
‑
D串联混合型直流故障限流器，其特征在于，该限流器适用于直流系统正、反向故障限流，其中，单向二极管支路D的阳极指向供给故障电流值大的一侧，单向二极管支路D的阴极指向供给故障电流值小的一侧。3.根据权利要求1所述的一种J
‑
D串联混合型直流故障限流器，其特征在于，所述双向导通可控电力电子开关支路J进一步包括两个单向晶闸管串联支路反并联或两个单向GTO串联支路反并联或两个单向IGBT串联支路反向串联三者其中之一的连接结构。4.一种J
‑
D串联混合型直流故障限流器的控制方法，其特征在于，应用于权利要求1
‑
3任意一项所述的J
‑
D串联混合型直流故障限流器，该方法包括以下步骤：在正常运行状态下，第一耗能支路中的双向导通可控电力电子开关支路J处于关断状态，负荷电流流经电感L1、L2；在直流系统发生故障以后的初期，第一耗能支路中的双向导通可控电力电子开关支路J处于关断状态，限流电感L1、或限流电感L1和L2用于无延时故障限流；在直流系统发生故障并且限流器接收到断路器的跳闸信号以后，导通第一耗能支路中的双向导通可控电力电子开关支路J，使电感L1、L2的电流在限流器内部形成环流。5.一种J
‑
D串联混合型直流故障限流器的参数设计方法，其特征在于，电感L1、L2的参数设计的具体过程如下：在不考虑限流器限流作用的情况下，计算限流器两侧故障时的故障电流峰值；限流器右侧故障时的故障电流峰值i
dc1
由式(1)计算得到：其中，C
eq1
、L
eq1
、R
eq1
为限流器左侧柔直系统的等值电容、等值电感和等值电阻，U
dcN
为系统额定电压，I
dcN
为系统额定电流，t
trip
为柔直系统中配置的直流保护的动作时间加上直流断路器跳闸时间；式(1)中的变量A1、σ1、ω1、θ1‑
β1由式(2)计算得到：限流器左侧故障时的故障电流峰值i
dc2
由式(3)计算得到：
其中，C
eq2
、L
eq2
、R
eq2
为限流器右侧柔直系统的等值电容、等值电感和等值电阻，U
dcN
为系统额定电压，I
dcN
为系统额定电流，t
trip
为柔直系统中配置的直流保护的动作时间加上直流断路器跳闸时间；式(3)中的A2、σ2、ω2、θ2‑
β2由式(2)计算得到：比较限流器右侧故障时的故障电流峰值i
dc1
和限流器左侧故障时的故障电流峰值i
dc2
的大小，得到电感L1、L2的求解方程若限流器右侧故...

【专利技术属性】
技术研发人员：何佳伟，徐玲铃，薛磊，张国华，李斌，李凤祁，石巍，刘心旸，刘黎，李军，王文杰，吕玮，
申请(专利权)人：天津大学国网电力科学研究院有限公司国网浙江省电力有限公司舟山供电公司，
类型：发明
国别省市：