一种固态限流器拓扑结构及故障限流控制方法技术

本发明专利技术涉及一种固态限流器拓扑结构及故障限流控制方法，通过将两个BUCK电路并联于换流站出口侧，相比于其他固态限流器以及超导限流器，成本低廉，且对于故障电流的抑制效果较好，且所提出的固态限流器能够对系统中发生的单极接地故障、极间短路故障做出对应的反应，采用不同的控制方法将故障电流维持在可控范围，若发生瞬时故障，无需吸收更多能量就能够将系统恢复至正常运行状态；本发明专利技术能够保证换流站出口侧电压维持不变，保证了其他直流支路运行的稳定性。运行的稳定性。运行的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种固态限流器拓扑结构及故障限流控制方法


[0001]本专利技术涉及电力系统及自动化
，具体涉及一种固态限流器拓扑结构及故障限流控制方法。

技术介绍

[0002]在实际工程应用中，故障限流器(Fault Current Limiter，FCL)由于其低廉的造价以及对系统影响小的特点而受到了广泛应用，它能够在故障发生时快速反应，限制故障电流，并且可以和断路器相互配合将故障电流彻底隔离。理想的限流器应该具备以下特征：正常运行时表现为低阻抗；故障后表现为高阻抗；限流作用结束后自动恢复至低阻抗。
[0003]目前比较热门的限流器主要有超导限流器和固态限流器两种。超导限流器(superconducting fault current limiter,SFCL)主要可分为电阻型和电感型。电阻型超导限流器主要通过在故障时产生的失超电阻限制故障电流，电感型超导限流器主要通过超导元件与限流元件的磁通耦合特性在故障期间产生的大电感来抑制故障电流，虽然超导限流器在实验中取得了不错的效果，但是由于超导元件自身的特点，真正应用到电网中后还是暴露出其一些缺陷，为了维持超导元件的特性，维修人员需要每周向超导限流器补充“氮”，这无疑增加了工作人员的工作量，而且超导元件以及“氮”的价格相比于其他元件昂贵，整个系统的运行以及维护的成本较大，不符合电网“经济性”的要求。

技术实现思路

[0004]基于上述技术问题，本专利技术提供了一种固态限流器拓扑结构，所述固态限流器由两个Buck电路并联组成，所述Buck电路包括IGBT管、晶闸管、避雷器、续流电抗器和耗能电阻，其中，所述晶闸管一端与IGBT管和续流电抗器的连接点相连，另一端通过耗能电阻接地，所述IGBT管两端并联有避雷器，所述续流电抗器另一端与负载侧相连；
[0005]优选的，所述固态限流器安装于柔性直流输电系统的换流站的出口侧，当所述柔性直流输电系统正常运行时，所述固态限流器包含的IGBT管均控制在导通状态，换流站向负载端稳定输送能量。
[0006]本专利技术还提供了一种故障限流控制方法，基于本专利技术实施例所述的一种固态限流器，换流站出口侧与固态限流器之间还安装有正负极电容，柔性直流输电系统通过故障限流控制方法控制固态限流器以保护柔性直流输电系统电路，具体的，所述方法包括：
[0007]实时检测换流站的负载侧电压和电流进行故障检测，当故障检测结果为存在故障时，根据负载侧电压进行故障识别，获得柔性直流输电系统故障类型，其中，当故障检测结果为存在故障时，启动固态限流器；
[0008]根据柔性直流输电系统故障类型控制换流站出口侧正负极电容电压，输出对应电压信号至固态限流器，所述固态限流器根据对应电压信号进行工作。
[0009]优选的，实时检测换流站的负载侧电压和电流进行故障检测，当故障检测结果为存在故障时以公式表达为：
[0010](u
out
＜U
set
)∩(i
out
＞I
set
)；
[0011]式中，u
out
和i
out
为发生故障时负载侧电压检测数据和电流检测数据，U
set
和I
set
为正常运行时负载侧电压检测数据和电流检测数据。
[0012]优选的，柔性直流输电系统故障类型包括极间短路故障和单极接地故障。
[0013]优选的，根据柔性直流输电系统故障类型控制换流站出口侧正负极电容电压，输出对应电压信号至固态限流器具体为：
[0014]正常运行时换流站将正负极电容的两端电压控制在一个稳定的数值，故障时换流站输出电压变化，输出对应电压信号至固态限流器，以公式表达为：
[0015][0016]G
i
＝K
pi
+K
li
/si＝1，2
[0017]式中，K为放大增益，K
vf
为反馈系数，u
dc_ref
为电压定额，u
dc
为直流侧电压，i
d1
为系统扰动量，G
i
为传递函数，i取值为1、2分别表示电压控制和电流控制，K
pi
为比例增益，K
li
为积分增益，s为频率域变量。
[0018]优选的，固态限流器根据对应电压信号进行工作具体为：
[0019]故障类型为极间短路故障时，固态限流器的两个IGBT管均工作在PWM状态；
[0020]故障类型为单极接地故障时，故障极的IGBT管工作在PWM状态，非故障极的IGBT管处于导通状态。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]1、本专利技术提供了一种固态限流器拓扑结构及限流控制方法，通过将两个BUCK电路并联于换流站出口侧，相比于其他固态限流器以及超导限流器，成本低廉，且对于故障电流的抑制效果较好；
[0023]2、本专利技术提供了一种固态限流器拓扑结构及限流控制方法，所提出的限流器能够对系统中发生的单极接地故障、极间短路故障做出对应的反应，采用不同的控制方法将故障电流维持在可控范围，若发生瞬时故障，无需吸收更多能量就能够将系统恢复至正常运行状态。
[0024]3、本专利技术提供了一种固态限流器拓扑结构及限流控制方法，能够保证换流站出口侧电压维持不变，保证了其他直流支路运行的稳定性。
附图说明
[0025]图1是本专利技术实施例的固态限流器拓扑结构图；
[0026]图2是本专利技术实施例中的故障限流控制方法的控制目标策略图；
[0027]图3是本专利技术实施例中的故障限流控制方法的故障识别策略图；
[0028]图4是本专利技术实施例中的故障限流控制方法的PWM生成策略图；
[0029]图5是本专利技术实施例中的柔性直流输出系统处于正常运行状态时的状态图；
[0030]图6是本专利技术实施例中的柔性直流输出系统无固态限流器时处于极间短路故障的等效电路图；
[0031]图7是本专利技术实施例中柔性直流输出系统无固态限流器二极管依次导通电路图；
[0032]图8是本专利技术实施例中柔性直流输出系统无固态限流器二极管全部导通电路图；
[0033]图9是本专利技术实施例中柔性直流输出系统无固态限流器三相对称短路等效电路图；
[0034]图10是本专利技术实施例中有固态限流器且IGBT管导通时的发生极间短路故障柔性直流输出系统运行状态图；
[0035]图11是本专利技术实施例中有固态限流器且IGBT管关断时的极间短路故障柔性直流输出系统运行状态图；
[0036]图12是本专利技术实施例中有固态限流器且IGBT管导通时的正极接地故障柔性直流输出系统运行状态图
[0037]图13是本专利技术实施例中有固态限流器且IGBT管关断时的正极接地故障柔性直流输出系统运行状态图。
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态限流器拓扑结构，其特征在于，所述固态限流器由两个Buck电路并联组成，所述Buck电路包括IGBT管、晶闸管、避雷器、续流电抗器和耗能电阻，其中，所述晶闸管一端与IGBT管和续流电抗器的连接点相连，另一端通过耗能电阻接地，所述IGBT管两端并联有避雷器，所述续流电抗器另一端与负载侧相连。2.根据权利要求1所述的一种固态限流器拓扑结构，其特征在于，所述固态限流器安装于柔性直流输电系统的换流站的出口侧，当所述柔性直流输电系统正常运行时，所述固态限流器包含的IGBT管均控制在导通状态，换流站向负载端稳定输送能量。3.一种故障限流控制方法，基于权利要求1
‑
2任一项所述的固态限流器拓扑结构，其特征在于，柔性直流输电系统通过故障限流控制方法控制固态限流器以保护柔性直流输电系统电路，具体的，所述方法包括：实时检测换流站的负载侧电压和电流进行故障检测，当故障检测结果为存在故障时，根据负载侧电压进行故障识别，获得柔性直流输电系统故障类型，其中，当故障检测结果为存在故障时，启动固态限流器；根据柔性直流输电系统故障类型控制换流站出口侧正负极电容电压，输出对应电压信号至固态限流器，所述固态限流器根据对应电压信号进行工作。4.根据权利要求3所述的一种故障限流控制方法，其特征在于，实时检测换流站的负载侧电压和电流进行故障检测，当故障检测结果为存在故障时以公式表达为：(u
out
<U
set
)∩(i
out
>I
set
)；式中，u
out

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉波，王耀，朱贺，肖阳春，赵铃光，叶景，曾志宏，林超群，涂承谦，雷伟，吴剑钊，柳卫明，苏建新，叶娴，缪健锋，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司国网福建省电力有限公司宁德供电公司国网福建省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：