CN110048389A - 电流换相h桥型混合式直流故障限流器拓扑 - Google Patents

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许建中
武董一
俞永杰
赵成勇
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North China Electric Power University
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种电流换相H桥型混合式直流故障限流器拓扑，属于多端直流、直流电网技术领域；正常运行时负载电流通过低损耗支路通流，故障后电流流过换相支路实现限流过程。换相支路由晶闸管、换相电容、限流电感和四组H桥型二极管所组成。所提限流器的工作原理、控制模式、电气应力和工程设计进行了详细研究，并在单端换流站和四端直流电网中进行仿真验证。研究表明，所提限流器能够有效抑制电流增长，并具有良好的经济性。

Description

电流换相H桥型混合式直流故障限流器拓扑
技术领域
本发明涉及一种适用于多端直流和直流电网的电流换相H桥型混合式直流故障限流器拓扑，属于多端直流、直流电网领域。
背景技术
随着世界范围内化石资源的日益枯竭，可再生能源的发展势不可挡，柔性直流电网也随着快速发展。柔性直流输电是基于全控型电力电子器件的新一代输电技术，基于柔性直流输电的直流电网，可更好实现大规模可再生能源的广域互补送出，是未来电网发展和变革的重要方向之一。目前我国在建的张北工程和乌东德工程，是直流输电的标志性工程，未来的直流电网工程将以此为起点，向更多端、更大容量、更高可靠性的方向发展。
模块化多电平换流器拓扑结构适用于高压大功率直流输电场合。在高压远距离大功率直流输电工程中，架空线具有明显经济性，但其直流侧故障率高，而半桥子模块不具备直流故障清除能力。若发生短路故障，故障电流将迅速上升至额定电流的十几倍，需采用直流断路器快速动作，隔离故障线路，切除故障电流，提高***的可靠性。但随着直流电网容量功率的不断提高，在故障后断路器动作前的几毫秒内，需等待超快速机械开关拉开足够的绝缘强度才能分断主断路器支路，故障电流会在更短时间内达到绝缘栅双极型晶体管的极限，所以在断路器动作前有必要采用故障限流器来进行限流。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种电流换相H桥型混合式直流故障限流器拓扑。
本发明所采用的技术方案是：正常运行时负载电流通过低损耗支路通流，故障后电流流过换相支路依次导通不用的支路实现限流过程。所提限流器能够有效抑制电流增长，并具有良好的经济性。
与现有技术相比，本发明具有的优势为：
1、限流器部分采用4组二极管组成的H桥结构，具备双向限流能力，适用于高压直流输电领域；
2、限流器拓扑可以有效抑制直流电网故障电流，可以大幅降低对断路器的需求；
3、在配合直流ABB式断路器动作时，限流器结构能在满足双向限流的前提下，大幅减少电力电子器件数量，经济性良好。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是电流换相H桥型混合式直流故障限流器拓扑的结构示意图，包括；
图2是发生故障前的电流流通示意图；
图3是发生故障后，故障电流流过换相支路中的T2支路的示意图；
图4是故障电流流过换相支路中T3支路的示意图；
图5是故障电流流过换相支路中T4支路的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
电流换相H桥型混合式直流故障限流器拓扑结构如图1所示，包括通态低损耗支路、电流换相支路和四组H桥型二极管，其中，通态低损耗支路包括超快速机械开关和负载转换开关，电流换相支路包含三条电流转移支路。
为满足双向限流能力，在电流换相支路两侧并联四组H桥型二极管组。若正常情况下，线路电流由左流向右。当限流器右侧发生接地故障后，故障电流经过D1、D4两组二极管和换相支路，由左向右流向故障点。当限流器左侧发生故障后，故障电流经过D2、D3两组二极管和换相支路由右向左立即流向故障点。
如图2所示，在发生故障前即正常工作状态下，***经过通态低损耗支路向负载供电。
如图3所示，发生故障后，当检测到限流器所在线路电流上升20％时，保护装置发出指令，给LCS模块关断信号，同时触发T2、Td，并且给超快速机械开关发出分闸指令。故障电流流经电流换相支路T2，电流迅速转移至T2中。同时，依靠直流***作为充电电源流过串联的C3和Cd支路为电容C3充电。
如图4所示，给T3导通信号，T3因承受正压而导通，上一阶段已充电的C3开始放电，电流由T2支路向T3支路转移。此时T2因承受C3的几十毫秒的反压而关断。故障电流不断给换相电容充电，直到C3刚好放电完毕。
如图5所示，故障电流继续给电容C3反向充电时T4因承受正向电压而导通，实现第二次换相，限流器动作完成。直流电抗器经过限流器的投入过程而增大，二阶电路时间常数发生改变，从而抑制故障电流上升。最后ABB式混合直流断路器动作，故障线路电流减小到零。
由上述具体说明可知，所提出的电流换相H桥型混合式直流故障限流器在高压直流输电领域具备双向限流能力、有效抑制电流增长且经济性良好。
最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (5)

1.一种适用于多端直流和直流电网的电流换相H桥型混合式直流故障限流器拓扑，其特征在于：包括通流支路、电流换相支路；通流支路包括超快速机械开关(UFD)、负载转换开关(LCS)，其中LCS由IGBT阀组T1和二极管阀组D串并联组成；电流换相支路包括三部分：晶闸管阀组T2，晶闸管阀组T3、换相电容C3、分压电容Cd串并联的支路；晶闸管阀组T4和限流电抗L的放电支路。
2.根据权利要求1所述的电流换相H桥型混合式直流故障限流器拓扑，其特征在于，限流过程如下：
步骤一：发生故障后，当检测到限流器所在线路电流上升20％时，保护装置发出指令，给LCS模块关断信号，同时触发T2、Td，并且给超快速机械开关发出分闸指令。故障电流流经电流换相支路T2，电流迅速转移至T2中。同时，依靠直流***作为充电电源流过串联的C3和Cd支路为电容C3充电。
步骤二：给T3导通信号，T3因承受正压而导通，上一阶段已充电的C3开始放电，电流由T2支路向T3支路转移。T2因承受C3的几十毫秒的反压而关断。故障电流不断给换相电容充电，直到C3刚好放电完毕。
步骤三：故障电流继续给电容C3反向充电，T4因承受正向电压而导通，实现第二次换相，限流器动作完成。随着电容C3由0不断增大，直到电容电压等于***电压时，T3支路电流开始减小，平波电抗器和线路电感上的电压变为负值，C3两端电压逐渐高于***电压。
步骤四：直流电抗器经过限流器的投入过程而增大，二阶电路时间常数发生改变，从而抑制故障电流上升。
步骤五：混合直流断路器动作，故障电流逐渐减小至零。
3.根据权利要求1所述的电流换相H桥型混合式直流故障限流器拓扑，其特征在于：换相支路两侧并联四组H桥型二极管；正常运行时电流方向若由左向右，则限流器右侧故障时，D1、D4与换相支路共同限制故障电流，限流器左侧故障时，D2、D3与换相支路共同限流故障电流。
4.根据权利要求1所述的电流换相H桥型混合式直流故障限流器拓扑，其特征在于：在***正常运行时，***经过通态低损耗支路；当直流线路发生故障时，限流器进入限流状态，限制线路电流的上升速率。最终断路动作故障电流降为零。
5.根据权利要求1所述的电流换相H桥型混合式直流故障限流器拓扑，其特征在于：限流器拓扑需C3电容为充电后电压反向，目的在于使T2支路承受反压而关断。Cd为可变电容器组，其目的在于控制换相电容的充电电压。
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