一种限流储能电路及其控制方法技术

一种超导限流储能电路及其控制方法。它将超导磁体通过电流源变流器、滤波电容、开关、压敏电阻和变压器等与电网串联连接。在正常状态下，通过控制电流源变流器注入滤波电容的电流，改变滤波电容的电压，补偿电网的电压畸变，进而改善负载的供电电压质量。在线路发生短路故障时，通过开关和压敏电阻，将滤波电容与电网断开连接，并开通电流源变流器所有的开关，使超导磁体以不控整流的形式串入电网，从而起到故障限流的作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
随着国民经济的快速发展，社会对电力需求不断增加，带动了电力系统的不断发 展，单机和发电厂容量、变电所容量、城市和中心负荷不断增加，就使得电力系统之间互联， 各级电网中的短路电流水平不断提高，短路故障对电力系统及其相连的电气设备的破坏性 也越来越大。而且，在对电能需求量日益增长的同时，人们对电能质量、供电可靠性和安全 性等也提出了更高的要求。然而，大电网的暂态稳定性问题比较突出，其中最重要的原因之 一是由于常规电力技术缺乏行之有效的短路故障限流技术。目前，世界上广泛采用断路器 对短路电流全额开断，由于短路电流水平与系统的容量直接相关，在断路器的额定开断电 流水平一定的情况下，采用全额开断短路电流将会限制电力系统容量的增长，并且断路器 价格随着其额定开断电流的增加而迅速上升。随着电网容量和规模的扩大，这一问题将变 得更加严重。与此同时，随着信息技术和微电子技术日益广泛地渗透到工业和人们生活的各个 领域，进而对电能质量和供电可靠性提出了越来越高的要求，常规电力技术已经难以适应 人们的这种要求。短路故障限流器是解决短路故障问题的有效途径。它通过在电网发生短路时，在 故障线路中串入阻抗来限制故障电流，以达到保护电力设备和使断路器能可靠开断的目 的。而超导储能系统(SMES)具有反应速度快、功率密度高以及转换效率高的优点，在解决 现有电力系统的动态稳定性问题、提高电能质量和供电可靠性方面可以发挥不可替代作 用。美国专利U.S 5，726，848 “故障限流器和交流断路器”，提出了一种短路故障限流器， 如附图说明图1所示。它采用一种单相晶闸管整流桥结构，将限流电感并联在整流桥的直流端，通 过控制晶闸管的移相角来限制故障电流。该专利的主要问题是谐波含量高，对负载的影响 较大；同时控制方法较复杂，可靠性低。美国专利US2002/0030952 “超导磁体放电方法及 装置”提出了一种超导储能系统结构，如图2所示。它可实现对关键负载的保护，以提高供 电质量，其主要缺点是功能单一，设备率用率低。中国专利CN100527560C “一种桥路型限 流贮能电路”提出了一种可以同时实现故障限流和负载端电压保护的电路，如图3所示。 其主要缺点是只能对一条线路实现故障限流的功能，另外一条线路实现负载端电压保护的 功能。只能适用于特定的场合，适用面低。中国专利CN100527559C “一种线间电压补偿 型限流贮能电路”提出了一种可以同时实现故障限流和负载端电压保护的电路，如图4所 示。其主要缺点是由于换流器通过限流电感和变压器与电网串联，由于限流电感的存在，无 法稳定控制变压器两端的电压，因此实现负载端电压保护的难度大，可靠性低。中国专利 200910241236. 3 “一种超导限流储能电路”，如图5所示。同时实现了储能与故障限流的功 能，但是其主要缺点是在故障限流过程中滤波电容始终与线路相连，有可能与限流电感产 生谐振，从而影响故障限流的效果。
技术实现思路
为了克服已有技术的不足，本专利技术提出了一种超导限流储能电路及其故障限流方 法，它将超导磁体通过电流源变流器、滤波电容、开关、压敏电阻和变压器等与电网串联连 接。在正常状态下，通过控制电流源变流器注入滤波电容的电流，改变滤波电容的电压，补 偿电网的电压畸变，进而改善负载的供电电压质量。在线路发生短路故障时，通过开关和压 敏电阻，将滤波电容与电网断开连接，并开通电流源变流器所有的开关，使超导磁体以不控 整流的形式串入电网，从而起到故障限流的作用。本专利技术超导限流储能电路有以下两种结构形式1、本专利技术超导限流储能电路结构如下第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、 第五开关和第六开关组成第一电流源变流器。第一开关的阴极与第四开关的阳极相连，其 连接点为第一交流连接点；第一开关与第四开关构成第一电流源逆变器的第一半桥；第二 开关的阴极与第五开关的阳极相连，其连接点为第二交流连接点；第二开关与第五开关构 成第一电流源逆变器的第二半桥；第三开关的阴极与第六开关的阳极相连，其连接点为第 三交流连接点；第三开关与第六开关构成第一电流源逆变器的第三半桥。第一开关、第二开 关和第三开关的阳极连接在一起，其连接点为第一直流连接点；第四开关、第五开关和第六 开关的阴极连接在一起，其连接点为第二直流连接点；第七开关的阳极与第二直流连接点 相连，第七开关的阴极与第一直流连接点相连。超导磁体的两端分别与第一直流连接点和 第三直流连接点相连。第一电流源的电流流出端与第三直流连接点相连，第一电流源的电 流流入端与第二直流连接点相连。第八开关的一端和第一单相变压器次边的一端相连后与 第一交流连接点相连；第八开关的另一端与第一滤波电容的一端相连。第九开关的一端和 第二单相变压器次边的一端相连后与第二交流连接点相连；第九开关的另一端与第二滤波 电容的一端相连。第十开关的一端和第三单相变压器次边的一端相连后与第三交流连接点 相连；第十开关的另一端与第三滤波电容的一端相连。第一滤波电容的另一端、第二滤波电 容的另一端和第三滤波电容的另一端相连构成第四交流连接点。第一单相变压器、第二单 相变压器和第三单相变压器次边的另一端与第四交流连接点连接。第一单相变压器的次边 的两端与第一压敏电阻的两端相连；第二单相变压器的次边的两端与第二压敏电阻的两端 相连；第三单相变压器的次边的两端与第三压敏电阻的两端相连。第一单相变压器原边的 一端与电网第一相电源的一端相连，第一单相变压器原边的另一端和第一相负载的一端相 连。第二单相变压器原边的一端与电网第二相电源的一端相连，第二单相变压器原边的另 一端和第二相负载的一端相连。第三单相变压器原边的一端分别与电网第三相电源的一端 相连，第三单相变压器原边的另一端和第三相负载的一端相连。所述第一开关、第二开关、 第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关均为逆阻型开关，或者由逆导型开关 串联一个二极管替代所述的逆阻型开关。第八开关、第九开关和第十开关为双向高速开关。对本结构形式的超导限流储能电路的控制方法如下1、在系统刚启动时，所有的 开关均闭合，此时变压器次边的压降值接近于零，超导限流储能电路对负载的电压没有影 响；此时第一电流源给超导磁体充电，使超导磁体的电流上升到给定值附近。2、在正常状态 下，第七开关断开，第八开关、第九开关和第十开关闭合。第一电流源变流器通过改变注入 滤波电容的电流进而改变滤波电容上的电压，该电压作用在变压器的次边，从而可以补偿电网电压的畸变，改善负载端的供电电压质量。同时第一电流源对超导磁体进行充放电，以 维持超导磁体的电流在给定值附近。3、当检测到线路过流时，第一电流源变流器的所有开 关均闭合，第七开关、第八开关、第九开关、第十开关断开；若线路电流的幅值未超过超导磁 体的电流，则所有线路电流通过第一电流源变流器以不控整流的形式流经超导磁体，超导 磁体被串入电网，从而起到故障限流的作用。若线路电流已超过超导磁体的电流，则未超出 的部分仍然通过第一电流源变流器流经超导磁体，超出的部分由于缺乏通路，感应出高电 压，击穿压敏电阻，通过压敏电阻进行泄流并释放出过冲能量。压敏电阻同时将感应出的电 压箝位到压敏电阻的击穿电压，从而保证第一电流源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超导限流储能电路，其特征在于，在所述超导限流储能电路中：第一开关（Ｓ１）、第二开关（Ｓ２）、第三开关（Ｓ３）、第四开关（Ｓ４）、第五开关（Ｓ５）和第六开关（Ｓ６）组成第一电流源变流器（ＣＳＣ１）；第一开关（Ｓ１）的阴极与第四开关（Ｓ４）的阳极相连，其连接点为第一交流连接点（ＰＡ１）；第一开关（Ｓ１）与第四开关（Ｓ４）构成第一电流源逆变器（ＣＳＣ１）的第一半桥（ＨＢ１）；第二开关（Ｓ２）的阴极与第五开关（Ｓ５）的阳极相连，其连接点为第二交流连接点（ＰＡ２）；第二开关（Ｓ２）ｒ２）原边的另一端和第二相负载（Ｚ２）的一端相连；第三单相变压器（Ｔｒ３）原边的一端分别与电网第三相电源（Ｕｓ３）的一端相连，第三单相变压器（Ｔｒ３）原边的另一端和第三相负载（Ｚ３）的一端相连；所述第一开关（Ｓ１）、第二开关（Ｓ２）、第三开关（Ｓ３）、第四开关（Ｓ４）、第五开关（Ｓ５）、第六开关（Ｓ６）和第七开关（Ｓ７）均为逆阻型开关，或者由逆导型开关串联一个二极管替代所述的逆阻型开关；第八开关（Ｓ８）、第九开关（Ｓ９）和第十开关（Ｓ１０）为双向开关。与第五开关（Ｓ５）构成第一电流源逆变器（ＣＳＣ１）的第二半桥（ＨＢ２）；第三开关（Ｓ３）的阴极与第六开关（Ｓ６）的阳极相连，其连接点为第三交流连接点（ＰＡ３）；第三开关（Ｓ３）与第六开关（Ｓ６）构成第一电流源逆变器（ＣＳＣ１）的第三半桥（ＨＢ３）；第一开关（Ｓ１）、第二开关（Ｓ２）和第三开关（Ｓ３）的阳极连接在一起，其连接点为第一直流连接点（ＰＤ１）；第四开关（Ｓ４）、第五开关（Ｓ５）和第六开关（Ｓ６）的阴极连接在一起，其连接点为第二直流连接点（ＰＤ２）；第七开关（Ｓ７）的阳极与第二直流连接点（ＰＤ２）相连，第七开关（Ｓ７）的阴极与第一直流连接点（ＰＤ１）相连；超导磁体（Ｌｓｃ）的两端分别与第一直流连接点（ＰＤ１）和第三直流连接点（ＰＤ３）相连；第一电流源（Ｉｄｃ）的电流流出端与第三直流连接点（ＰＤ３）相连，第一电流源的电流流入端与第二直流连接点（ＰＤ２）相连；第八开关（Ｓ８）的一端和第一单相变压器（Ｔｒ１）次边的一端相连后与第一交流连接点（ＰＡ１）相连；第八开关（Ｓ８）的另一端与第一滤波电容（Ｃ１）的一端相连；第九开关（Ｓ９）的一端和第二单相变压器（Ｔｒ２）次边的一端相连后与第二交流连接点（ＰＡ２）相连；第九开关（Ｓ９）的另一端与第二滤波电容（Ｃ２）的一端相连；第十开关（Ｓ１０）的一端和第三...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭文勇，肖立业，戴少涛，张志丰，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]