CN109449917A - 一种适用于双向潮流直流***分散电容配置的限流设备 - Google Patents

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李斌
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李博通
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Abstract

本发明涉及一种适用于双向潮流直流***分散电容配置的限流设备，包括两个二极管桥臂、两个开关桥臂和一个中间支路构成的H桥电路；二极管桥臂和中间支路由电力二极管串联而成；开关桥臂由单向导通可关断的开关元件串联而成，桥臂的集电极、阳极或漏极一端称为桥臂正极，桥臂的发射极、阴极或源极一端称为桥臂负极；两个二极管桥臂共阴极；开关桥臂负极分别与其中一个二极管桥臂阳极相连，开关桥臂共正极且与电容器正极相连；中间支路阴极与二极管桥臂的公共点连接，中间支路阳极与开关桥臂的公共点连接。二极管桥臂与开关桥臂的两个公共点，其中一个连接直流母线，另一个连接直流线路。

Description

一种适用于双向潮流直流***分散电容配置的限流设备
技术领域
本发明涉及直流***控制保护领域。特别是涉及适用于双向潮流直流***分散电容配置的限流设备。
背景技术
直流电网故障穿越是直流***保护控制的重要课题。由于直流故障电流上升快、峰值电流大，导致直流故障开断困难，对直流***和设备危害大。因此，研究利用直流电网故障限流技术降低故障电流水平、延缓故障发展，对直流***故障穿越、稳定运行有重要意义。目前，直流***故障限流原理及设备的研究，以增大故障回路阻尼为出发点，有电抗器限流、固态限流、超导限流等方案，以限制故障电流水平和最小化对正常***运行影响为目标。直流***分散电容配置方法，在与母线相连的各线路首端分布配置并联电容，并增设二极管保证单向流通性；该方法通过减小提供短路电流的电容总容量，在不增加回路阻尼的情况下降低故障电流水平。该方法要求直流线路潮流具备单向性，对于传统的辐射状配电网而言是适用的，但不利于直流配电网中接入含分布式电源的微网——其联络线通常要求潮流具备双向流通性。针对以上问题，需改进直流***分散电容配置方法，研究相关技术和设备使之满足不同应用场景，以利于该方法的推广应用。
发明内容
针对直流电网直流故障电流开断困难的问题，且直流***分散电容配置方法本身仅适用于单向潮流网络，本发明提出一种适用于双向潮流直流***分散电容配置的限流设备，并给出了对应的潮流换向控制、故障穿越控制和故障清除后恢复供电的策略，在降低故障电流水平的同时，保证正常运行时直流电流的双向导通能力。技术方案如下：
一种适用于双向潮流直流***分散电容配置的限流设备，包括两个二极管桥臂、两个开关桥臂和一个中间支路构成的H桥电路；二极管桥臂和中间支路由电力二极管串联而成；开关桥臂由单向导通可关断的开关元件串联而成，桥臂的集电极、阳极或漏极一端称为桥臂正极，桥臂的发射极、阴极或源极一端称为桥臂负极；两个二极管桥臂共阴极；开关桥臂负极分别与其中一个二极管桥臂阳极相连，开关桥臂共正极且与电容器正极相连；中间支路阴极与二极管桥臂的公共点连接，中间支路阳极与开关桥臂的公共点连接。二极管桥臂与开关桥臂的两个公共点，其中一个连接直流母线，另一个连接直流线路；若开关桥臂不具备故障电流开断能力，则在H桥电路和母线之间增加直流断路器。
所述设备在正常运行时，若潮流方向为母线流向线路，断开靠近母线的开关桥臂，闭合靠近线路的开关桥臂；若潮流方向为线路流向母线，闭合靠近母线的开关桥臂，断开靠近线路的开关桥臂。在潮流换向时，在直流电流过零前，提前给原先断开的开关桥臂提供触发导通信号，在电流过零时或稍后，给换向前已导通的开关桥臂提供关断信号。所述设备接入的直流线路或直流母线发生短路故障时，先断开直流断路器，再断开处于闭合状态的开关桥臂。线路故障清除后，闭合对应的开关桥臂，再闭合直流断路器。如果重合线路后潮流方向为母线流向线路，需在闭合断路器前在回路中增加启动电阻，潮流稳定后移除启动电阻。
本发明的适用于双向潮流直流电网电容分散配置的限流设备，以及提出的相应控制策略，解决了直流电网分散电容配置方法在双向潮流下不适用的问题，降低了故障电流水平，进而降低了对断路器开断速度和容量的要求，增强了直流***故障穿越能力；降低了非故障线路电压跌落程度，对其故障穿越有利；由于一部分情况下断路器仅起到隔离开关的作用，无需开断故障电流，故障隔离由二极管的单向导通性实现，增强了其可靠性。
附图说明
图1为分散电容配置的直流***线路首端示意图，(1a)断路器在电容的线路侧，(1b)断路器在电容的母线侧。
图2为适用于双向潮流直流***分散电容配置的限流设备拓扑图，(2a)开关桥臂具备故障电流开断能力时的拓扑，(2b)开关桥臂不具备故障电流开断能力时的拓扑。
图3为所述设备的潮流换向控制示意图，(3a)换向前，(3b)电流过零，(3c)换向后。
图4为对应图2的(2a)拓扑的线路故障控制示意图，(4a)(4b)潮流方向为母线流向线路，(4c)(4d)为线路流向母线。
图5为对应图2的(2a)拓扑的线路故障清除后重合控制示意图，(5a)(5b)潮流方向为母线流向线路，(5c)(5d)为线路流向母线。
图6为对应图2的(2a)拓扑的母线故障控制示意图，(6a)(6b)潮流方向为母线流向线路，(6c)(6d)为线路流向母线。
图7为对应图2的(2b)拓扑的线路故障控制示意图，(7a)-(7d)潮流方向为母线流向线路，(7e)(7f)为线路流向母线。
图8为对应图2的(2b)拓扑的线路故障清除后重合控制示意图，(8a)-(8d)潮流方向为母线流向线路，(8e)-(8g)为线路流向母线。
图9为对应图2的(2b)拓扑的母线故障控制示意图，(9a)(9b)潮流方向为母线流向线路，(9c)-(9e)为线路流向母线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行说明。
1.对于分散电容配置的直流***，若线路潮流为单向流动，在直流线路首端采用如图1(1a)或图1(1b)的结构，用以限制故障电流，图中方框表示直流断路器。
2.本发明提出的一种适用于双向潮流直流***分散电容配置的限流设备拓扑如图2。图中1和2为二极管桥臂，3和4为开关桥臂，5为中间支路，图(2b)中6为直流断路器。其中图(2a)对应图(1a)；图(2b)对应图(1b)，H桥和母线之间为直流断路器。
桥臂1、桥臂2和中间支路5由N个二极管串联构成，以满足耐压需求。桥臂1和桥臂2共阴极，中间支路5阴极连接电容器正极。
当开关桥臂具备正向电流开断能力时，采用如图(2a)所示的结构，此时开关桥臂由M个固态开关单元构成，以满足耐压和开断需求，开断容量根据H桥电路连接电容器可能提供的最大故障电流设计。固态开关单元由单向导通可关断固态开关构成，图(2a)中以IGBT串联二极管为示例。
当开关桥臂不具备电流开断能力时，采用如图(2b)所示的结构，在H桥与母线间设置直流断路器6，开断容量根据换流站可能提供的最大故障电流设计。开关桥臂由具备隔离能力的开关元件构成，如直流隔离开关、直流负荷开关等。
3.本发明设备潮流换向控制如图3。如图(3a)，换向前***潮流由母线i流向母线j，桥臂3和桥臂3’为打开状态，桥臂4和桥臂4’为闭合状态。如图(3b)，线路电流即将过零时，闭合桥臂3和桥臂3’，为换向做准备。如图(3c)，在线路电流过零点或稍后时刻，打开桥臂4和桥臂4’，完成换流；注意，若***控制和开关速度达不到要求，打开桥臂4时潮流已稳定，则开关桥臂不使用隔离开关。
4.当采用如图(2a)的拓扑时：
线路故障穿越控制如图4，若故障前潮流为母线流向线路，如图(4a)(4b)，打开桥臂4开断故障电流；若故障前潮流为线路流向母线，如图(4c)(4d)，打开桥臂3隔离故障。
线路故障清除后重合控制如图5，若重合后潮流为母线流向线路，如图(5a)(5b)，重合前电容已达额定电压，闭合桥臂4即可；若重合后潮流为线路流向母线，如图(5c)(5d)，此前电容已充电，闭合桥臂3即可。
母线故障隔离控制如图6，若故障前潮流为母线流向线路，如图(6a)(6b)，打开桥臂4隔离故障；若故障前潮流为线路流向母线，如图(6c)(6d)，打开桥臂3。
5.当采用如图(2b)的拓扑时：
线路故障穿越控制如图7，若故障前潮流为母线流向线路，如图(7a)-图(7d)，首先打开断路器6，电容放电至储能耗尽，此后打开桥臂4隔离故障；若故障前潮流为线路流向母线，如图(7e)(7f)，打开断路器6和桥臂3隔离故障。
线路故障清除后重合控制如图8，若重合后潮流为母线流向线路，如图(8a)-图(8d)，由于需先对电容充电，首先闭合桥臂4并在回路中加入启动电阻，接着闭合断路器6，待潮流稳定后逐渐移除启动电阻；若重合后潮流为线路流向母线，如图(8e)-图(8g)，此前电容已达额定电压，闭合桥臂3，再闭合断路器6即可。
母线故障隔离控制如图9，若故障前潮流为母线流向线路，如图(9a)(9b)，打开断路器6和桥臂4隔离故障；若故障前潮流为线路流向母线，如图(9c)-图(9e)，首先打开断路器6，完全开断后打开桥臂3。

Claims (4)

1.一种适用于双向潮流直流***分散电容配置的限流设备，包括两个二极管桥臂、两个开关桥臂和一个中间支路构成的H桥电路；二极管桥臂和中间支路由电力二极管串联而成；开关桥臂由单向导通可关断的开关元件串联而成，桥臂的集电极、阳极或漏极一端称为桥臂正极，桥臂的发射极、阴极或源极一端称为桥臂负极；两个二极管桥臂共阴极；开关桥臂负极分别与其中一个二极管桥臂阳极相连，开关桥臂共正极且与电容器正极相连；中间支路阴极与二极管桥臂的公共点连接，中间支路阳极与开关桥臂的公共点连接。二极管桥臂与开关桥臂的两个公共点，其中一个连接直流母线，另一个连接直流线路；若开关桥臂不具备故障电流开断能力，则在H桥电路和母线之间增加直流断路器。
2.根据权利要求1所述的限流设备，其特征在于，所述设备在正常运行时，若潮流方向为母线流向线路，断开靠近母线的开关桥臂，闭合靠近线路的开关桥臂；若潮流方向为线路流向母线，闭合靠近母线的开关桥臂，断开靠近线路的开关桥臂。
3.根据权利要求1所述的限流设备，其特征在于，在潮流换向时，在直流电流过零前，提前给原先断开的开关桥臂提供触发导通信号，在电流过零时或稍后，给换向前已导通的开关桥臂提供关断信号。
4.根据权利要求1所述的限流设备，其特征在于，所述设备接入的直流线路或直流母线发生短路故障时，先断开直流断路器，再断开处于闭合状态的开关桥臂。线路故障清除后，闭合对应的开关桥臂，再闭合直流断路器。如果重合线路后潮流方向为母线流向线路，需在闭合断路器前在回路中增加启动电阻，潮流稳定后移除启动电阻。
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