CN111740395A - 电感耦合型高压直流限流断路器拓扑结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电感耦合型高压直流限流断路器拓扑结构，属于柔性直流输电领域。电感耦合型高压直流限流断路器由引流限流器和故障隔离限流器组成，引流限流器采用主动短路的方式进行引流，同时故障隔离限流器交替投入耦合电感，迫使故障电流流入引流支路，极大限度降低流入故障点的电流；故障隔离限流器负责抑制故障点注入电流并隔离故障点，引流限流器负责将故障点注入电流引入引流支路，并降低故障电流增长速率。电感耦合型限流断路器能够在3ms内完成故障引流，6ms内完成故障切除，具有良好的限流、断路能力，并且仅需要632个IGBT器件，经济性较高。

Description

电感耦合型高压直流限流断路器拓扑结构

技术领域

本发明涉及柔性直流输电领域，特别涉及一种具有故障电流抑制能力的电感耦合型高压直流限流断路器拓扑结构。

背景技术

高压大容量柔性直流输电网络，凭借其潮流可控、易于消纳新能源、能够提供无功支撑等优势成为未来能源互联网发展的重要支柱。模块化多电平换流器具有高度可扩展、谐波含量低的优点，是构建柔性直流网络的首要装置。目前我国的柔直输电***大多临近水源，采用水下电缆进行输电，电缆的优势在于传输质量稳定、故障率低、寿命长，但是电缆成本较高，并且维修较为困难。随着内陆新能源消纳需求的不断提升，采用架空线模式的柔直输电是未来内陆直流网络发展的方向，但架空线受自然环境影响较大，故障率较高。为降低柔性直流***建设成本，目前MMC换流器均采用半桥子模块，不具备故障阻断能力，需要配置直流断路器以切除故障线路。但高压大容量柔直***发生接地短路后，故障电流上升速率极快，对DCCB电力电子器件的耐流极限产生极大考验。故障限流器可以降低短路电流的上升速率，具有故障限流能力的直流断路器成为目前设备研发的热点。

为保证直流电网发生单极接地故障后，健全线路仍能够正常传输功率，需要在各个直流线路上配置直流断路器，在换流器闭锁前切断故障线路，如何降低断路器的电力电子器件开断应力是目前研究的难点。相关专家相继提出了电容型及电容电感混合型故障电流限流装置，虽可抑制故障电流爬升速率，但仍需故障电流切除装置。有学者提出一种具有故障限流能力的直流断路器，通过改变故障电流在该设备中的流通路径进而达到限制电流的目标，但该方案配置了较多的断路阀段，各阀段包括大量电力电子器件，建设成本较高。也有人员提出了一种具有DCCB功能的直流限流器，该方案的优势在于有效地利用了双向限流器拓扑，在DCCB开断后，限流电感的能量可以通过与其并联的限流子模块进行泄放，DCCB承受冲击电压较小，但该方案需要在各个直流母线均配备双向限流器，若应用于大规模直流联网，成本较高。如何提升DCCB的经济性，降低电力电子开关器件的开断应力是目前急需解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电感耦合型高压直流限流断路器拓扑结构，解决了现有技术存在的上述问题。本发明断路器分为引流限流器和故障隔离限流器，引流限流器采用主动短路的方式进行引流，同时故障隔离限流器交替投入耦合电感，迫使故障电流流入引流支路，极大限度降低了流入故障点的电流。该限流器可以有效降低各个电力电子器件的开断应力，各部分的电力电子器件可以相互配合，互相借用，有效提升了该拓扑的经济性。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

电感耦合型高压直流限流断路器拓扑结构，由引流限流器和故障隔离限流器组成，引流限流器采用主动短路的方式进行引流，同时故障隔离限流器交替投入耦合电感，迫使故障电流流入引流支路，极大限度降低流入故障点的电流；故障隔离限流器负责抑制故障点注入电流并隔离故障点，引流限流器负责将故障点注入电流引入引流支路，并降低故障电流增长速率；

引流限流器结构由超快速机械开关、IGBT、反并联二极管、泄能避雷器及耦合电感组成引流限流器；

故障隔离限流器结构采用超快速机械开关、IGBT、反并联二极管、泄能避雷器及耦合电感和电力电子开关群组构成故障隔离限流器。

所述的引流限流器结构由超快速机械开关、IGBT、反并联二极管、泄能避雷器及耦合电感组成，T₁、T₂、T₃分别为三个电力电子开关群组，L_L即直流线路平波电抗器，L₀为L_L异名端相连接的耦合电感；正常运行时，超快速机械开关为S₁开路状态，T₃开关群组为关断状态，T₁、T₂两个开关群组的IGBT处于导通状态，电感L₀被旁路，电流经过平波电抗器L_L可以在T₁、T₂支路自由流通。

所述的故障隔离限流器由超快速机械开关、IGBT、反并联二极管、泄能避雷器及耦合电感L₁、L₂组成，T₄、T₅、T₆分别为三个电力电子开关群组，T₅、T₆接在的L₁、L₂的异名端上；故障隔离限流器是通过T₅、T₆两个开关群组的IGBT交替导通，实现耦合电感的正接和反接，与引流限流器相配合，迫使故障电流流入引流支路，断开超快速机械开关，实现与故障点的物理隔离；正常运行时，超快速机械开关闭合，T₄开关群组的各个IGBT处于导通状态，T₅、T₆两个开关群组的IGBT处于关断状态；由于引流限流器的作用，故障发生后，流过故障隔离限流器的电流很小，IGBT关断时需要泄放的能量较小；故T₄、T₅、T₆无需串流过多的IGBT器件。

本发明的另一目的在于利用所述电感耦合型高压直流限流断路器实现故障限流的方法，包括：

(1)故障发生至L₀投入时段(t₀～t₁)

该时段控保装置负责检测直流线路电流，若发生电流上升率越限现象则下发投入L₀指令，该时段延时1ms；

在故障发生至L₀投入时间段内断路器状态与正常状态相同，T₃、T₅、T₆的IGBT处于关断状态，无电流流过，故障电流流经L_L、T₁的IGBT、T₂的二极管、故障隔离限流器的超快速机械开关以及T₄的IGBT流入故障点；

(2)限流时段(t₁～t₂)

控保装置下发投入L₀命令后，继续执行故障定位判断逻辑，确定故障线路和故障位置，限流时段延时2ms；

在限流时段内，故障线路和非故障线路的引流限流器已经全部关断T₁、T₂的IGBT，故障电流被迫流入耦合电感L₀，达到初步限流的效果，同时闭合超快速机械开关S₁，为下一时段引流支路投入使用做准备；t₁时刻故障电流将突变为：

式中i_(t1-)为L₀投入前故障电流，i_(t1+)为L₀投入后故障电流，故障电流在t₁时刻存在阶跃性降低，T₁、T₂避雷器用来泄放电流阶跃所产生的过电压；

(3)引流时段(t₂～t₃)

t₂时刻控保装置确定故障线路，断路器职能部分开始启用；

a)故障线路的引流限流器：t₂时刻迅速触发T₂、T₃各个IGBT，相当于故障电流经过串联的耦合电感通过引流支路直接接地，接地阻抗极小；此时换流器放电电流以及非故障线路馈入电流将流入引流支路和故障点，但由于故障隔离限流器的作用，流入故障点的电流可以忽略；

b)非故障线路的引流限流器：继续维持限流时段的状态，同时跳开机械开关S₁，通过串联的耦合电感L_L、L₀进行限流，降低向故障线路的馈入电流；

c)故障隔离限流器：t₂时刻迅速关断T₄的IGBT，同时交替导通T₅、T₆的IGBT，保持耦合电感L₁、L₂交替接入，极大程度地降低流入故障点的电流，迫使故障电流流入阻抗极小的引流支路；

(4)限流时段(t₃～t₄)

a)故障隔离限流器：t₃时刻注入故障点电流几乎为0，同时对T₅、T₆的IGBT进行关断，实现与故障点的初步隔离，T₅、T₆小部分的能量通过并联避雷器进行泄放，此时故障电流完全转移至引流支路；t₄时刻超快速机械开关S₂完全断开，建立起故障点和直流母线的物理隔离；

b)故障线路的引流限流器：继续保持引流时段工作状态；

c)非故障线路的引流限流器：继续保持限流时段工作状态；

(5)清除故障电流时段(t₄～t₅)

a)故障隔离限流器：限流时段结束后，限流器已经完成其限流及隔离故障点的职能任务，继续保持S₂开断状态，T₄、T₅、T₆关断状态；

b)故障线路的引流限流器：t₄时刻S₂跳开后，引流任务完成，迅速对T₂、T₃的IGBT施加关断信号，剩余能量通过T₂、T₃的避雷器进行泄放，跳开机械开关S₁；

c)非故障线路的引流限流器：为保证故障线路的引流限流器顺利开断，限流器继续保持限流时段工作状态；

(6)准备重合闸时段(t₅～t₆)

准备重合闸时段为故障电流清除后各个避雷器去游离等待时间，通常为100ms；期间内各个设备将采取如下动作：

a)故障隔离限流器：闭合超快速机械开关S₂，等待重合闸时导通T₄的IGBT命令。

b)故障线路的引流限流器：闭合超快速机械开关S₁，T₁、T₂、T₃保持关断状态为重合闸失败后引流支路快速投入使用做准备；

c)非故障线路的引流限流器：继续保持限流时段工作状态，防止重合闸失败后过流；

(7)重合闸时段(t₆～t₇)

a)故障隔离限流器：闭合T₄的IGBT器件，直流线路正式连通；若电流平缓增长，则表明为顺时故障，重合闸成功；

b)引流限流器：若重合闸成功，则同时导通故障线路和非故障线路T₁、T₂的IGBT，将电感L₀旁路，降低直流线路电抗值，保证直流电网的动态特性，以更快速地响应有功变化，同时开断故障线路的超快速机械开关S₁；

若闭合T₄的IGBT器件后，电流增长迅速，则表明为永久故障，重合闸失败，整套装置将再次进入引流时段、故障隔离时段、清除故障电流时段的工作；

清除故障电流后，非故障线路的引流限流器，同时导通T₁、T₂的IGBT，恢复正常运行状态；等待永久故障排除后，故障线路的两种限流器再度投入正常运行。

本发明的有益效果在于：

本发明所提出的电感耦合型限流断路器能够在3ms内完成故障引流，6ms内完成故障切除，具有良好的限流、断路能力，并且仅需要632个IGBT器件，经济性较高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为半桥子模块拓扑结构图；

图2为MMC直流侧故障等值电路图；

图3为传统直流断路器拓扑结构图；

图4为限流装置布置图；

图5为引流限流器拓扑结构图；

图6为本发明的初步限流路径图；

图7为本发明的故障电流引流路径图；

图8为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图8所示，本发明设计了一种电感耦合型高压直流限流断路器，具有故障电流抑制能力的直流断路器分为引流限流器和故障隔离限流器，引流限流器采用主动短路的方式进行引流，同时故障隔离限流器交替投入耦合电感，迫使故障电流流入引流支路，极大限度降低了流入故障点的电流。为了克服传统高压直流断路器的不足之处，该限流器可以有效降低各个电力电子器件的开断应力，各部分的电力电子器件可以相互配合，互相借用，有效提升了该拓扑的经济性。

1.直流侧故障放电机理及传统高压直流断路器介绍

双极直流***，若发生单极接地故障，由于HBSM不具备故障阻断能力，即使换流器闭锁，在交流侧仍相当于三相短路。直流电网的限流器及断路器动作目标即为防止换流器闭锁而导致健全直流线路无法输电。单极短路接地后，对于投入状态的子模块，电容C和二极管D为并联关系，对于切除的子模块，电流直接流过二极管D，故放电通路如图2所示。L_a为桥臂电感，L_L为限流电感，L_e为等效电感，R_e为等效电阻，C_e为等效电容，D_e为等效与电容并联的二极管。由图2放电路径可知，等值电路中的各个元器件相当于换流器各相上下桥臂串联再相间并联的结果，即：

式中R_on为IGBT的通态电阻，R_g为短路电阻，N为各个桥臂子模块数量。

若故障后直流***未采取任何措施，待C_e完全放电后，L_e会通过D_e进行续流，C_e不会被反向充电，不会构成L_C震荡电路。但断路器动作或换流器闭锁等控保措施必须在故障电流爬升阶段投入，此时C_e仍有较高电压，D_e承受反压处于关断状态，且发生短路故障时，接地电阻不会很大，所以控保装置投入运行前回路仍可以等效为欠阻尼LC震荡电路，直流短路电流为衰减震荡的电容放电电流，满足下式：

式中u_Cf为等值电容电压顺时值，i_f为电容放电电流瞬时值，U_dc为额定直流电压，I_dc为额定直流电流，α为衰减系数，ω_d为衰减谐振角频率。

传统高压直流断路器由主支路、转移支路、泄能支路三大部分组成，如图3所示。正常运行时主支路导通，转移支路关断，功率通过主支路向逆变站输送。故障发生后，控保装置经过短暂延时，下发断路器动作指令，导通转移支路IGBT器件，同时关断主支路IGBT器件，迫使电流流入转移支路。待主支路电流降为0后，断开超快速隔离开关，实现对故障点的物理隔离，最后断开转移支路的IGBT器件，产生的过电压通过泄能支路的避雷器组进行泄放。

由于传统高压直流断路器直接串联在直流线路当中，为保证直流***的双向导通，必须配置两组反向的电流转移开关组和隔离故障开关组；并且断路器缺乏限流能力，IGBT器件开断冲击电压高，需要串联大量开关组来均分此电压，所以该断路器成本较高。

2.故障限流断路器拓扑结构设计方法

本发明提出了一种具有故障限流能力的直流断路器，该断路器由引流限流器和故障隔离限流器组成，如图4所示，故障隔离限流器负责抑制故障点注入电流并隔离故障点，引流限流器负责将故障点注入电流引入引流支路，并降低故障电流增长速率，如图5所示。图4、图5中已给出***正常运行时直流电流通路。

3.引流限流器结构设计方法

该限流器由超快速机械开关、IGBT、反并联二极管、泄能避雷器及耦合电感组成，T₁、T₂、T₃分别为三个电力电子开关群组，L_L即直流线路平波电抗器，L₀为L_L异名端相连接的耦合电感。正常运行时，超快速机械开关为S₁开路状态，T₃开关群组为关断状态，T₁、T₂两个开关群组的IGBT处于导通状态，电感L₀被旁路，电流经过平波电抗器L_L可以在T₁、T₂支路自由流通。

1)故障线路的引流限流器：故障发生后，短路电流流过T₁开关群组的IGBT注入故障点，此时引流限流器将断开T₁、T₂开关群组IGBT，将耦合电感L₀串联入电路，经过短暂判断延时后，同时导通T₂、T₃开关群组IGBT，通过T₂、T₃构成新的低阻抗短路点，迫使故障电流流入引流支路，便于故障隔离限流器的超快速机械开关断开。

2)非故障线路的引流限流器：故障发生后，短路电流流过T₂开关群组的IGBT注入故障点，此时引流限流器将断开T₁、T₂开关群组IGBT，保持T₃开关群组的关断状态，迫使电流经过L₀和L_L构成的耦合电感馈入故障线路。

4.故障隔离限流器结构设计方法

该限流器由超快速机械开关、IGBT、反并联二极管、泄能避雷器及耦合电感L₁、L₂组成，T₄、T₅、T₆分别为三个电力电子开关群组，T₅、T₆接在的L₁、L₂的异名端上。故障隔离限流器是通过T₅、T₆两个开关群组的IGBT交替导通，实现耦合电感的正接和反接，与引流限流器相配合，迫使故障电流流入引流支路，断开超快速机械开关，实现与故障点的物理隔离。正常运行时，超快速机械开关闭合，T₄开关群组的各个IGBT处于导通状态，T₅、T₆两个开关群组的IGBT处于关断状态。由于引流限流器的作用，故障发生后，流过故障隔离限流器的电流很小，IGBT关断时需要泄放的能量较小。故T₄、T₅、T₆无需串流过多的IGBT器件。

5.故障限流断路器工作方法设计

5.1故障发生至L₀投入时段(t₀～t₁)

该时间段控保装置负责检测直流线路电流，若发生电流上升率越限现象则下发投入L₀指令，该时段延时约为1ms。

在该时间段内断路器状态与正常状态相同，T₃、T₅、T₆的IGBT处于关断状态，无电流流过，故障电流流经L_L、T₁的IGBT、T₂的二极管、故障隔离限流器的超快速机械开关以及T₄的IGBT流入故障点。

5.2限流时段(t₁～t₂)

控保装置下发投入L₀命令后，继续执行故障定位等判断逻辑，确定故障线路和故障位置，该时段延时约为2ms。

在该时间段内，故障线路和非故障线路的引流限流器已经全部关断T₁、T₂的IGBT，故障电流被迫流入耦合电感L₀，达到初步限流的效果，同时闭合超快速机械开关S₁，为下一时段引流支路投入使用做准备，如图6所示。依据磁链守恒原理，t₁时刻故障电流将突变为：

式中i_(t1-)为L₀投入前故障电流，i_(t1+)为L₀投入后故障电流，故障电流在t₁时刻存在阶跃性降低，T₁、T₂避雷器用来泄放电流阶跃所产生的过电压。

5.3引流时段(t₂～t₃)

t₂时刻控保装置确定故障线路，断路器职能部分开始启用。

1)故障线路的引流限流器：t₂时刻迅速触发T₂、T₃各个IGBT，相当于故障电流经过串联的耦合电感通过引流支路直接接地，接地阻抗极小，如图7所示。此时换流器放电电流以及非故障线路馈入电流将流入引流支路和故障点，但由于故障隔离限流器的作用，流入故障点的电流几乎可以忽略。

2)非故障线路的引流限流器：继续维持限流时段的状态，同时跳开机械开关S₁，通过串联的耦合电感L_L、L₀进行限流，降低向故障线路的馈入电流。

3)故障隔离限流器：t₂时刻迅速关断T₄的IGBT，同时交替导通T₅、T₆的IGBT，保持耦合电感L₁、L₂交替接入，极大程度地降低流入故障点的电流，迫使故障电流流入阻抗极小的引流支路。

5.4故障隔离时段(t₃～t₄)

1)故障隔离限流器：t₃时刻注入故障点电流几乎为0，同时对T₅、T₆的IGBT进行关断，实现与故障点的初步隔离，T₅、T₆小部分的能量通过并联避雷器进行泄放，此时故障电流完全转移至引流支路。t₄时刻超快速机械开关S₂完全断开，建立起故障点和直流母线的物理隔离。

2)故障线路的引流限流器：继续保持引流时段工作状态。

3)非故障线路的引流限流器：继续保持限流时段工作状态。

5.5清除故障电流时段(t₄～t₅)

1)故障隔离限流器：t₄时该限流器已经完成其限流及隔离故障点的职能任务，继续保持S₂开断状态，T₄、T₅、T₆关断状态。

2)故障线路的引流限流器：t₄时刻S₂跳开后，引流任务完成，迅速对T₂、T₃的IGBT施加关断信号，剩余能量通过T₂、T₃的避雷器进行泄放，跳开机械开关S₁。

3)非故障线路的引流限流器：为保证故障线路的引流限流器顺利开断，本限流器需要继续保持限流时段工作状态。

5.6准备重合闸时段(t₅～t₆)

该时间段为故障电流清除后各个避雷器去游离等待时间，通常为100ms左右。该期间内各个设备将采取如下动作：

1)故障隔离限流器：闭合超快速机械开关S₂，等待重合闸时导通T₄的IGBT命令。

2)故障线路的引流限流器：闭合超快速机械开关S₁，T₁、T₂、T₃保持关断状态为重合闸失败后引流支路快速投入使用做准备。

3)非故障线路的引流限流器：继续保持限流时段工作状态，防止重合闸失败后过流。5.7重合闸时段(t₆～t₇)

1)故障隔离限流器：闭合T₄的IGBT器件，直流线路正式连通。若电流平缓增长，则表明为顺时故障，重合闸成功。

2)引流限流器：若重合闸成功，则同时导通故障线路和非故障线路T₁、T₂的IGBT，将电感L₀旁路，降低直流线路电抗值，保证直流电网的动态特性，以更快速地响应有功变化，同时开断故障线路的超快速机械开关S₁。

若闭合T₄的IGBT器件后，电流增长迅速，则表明为永久故障，重合闸失败，整套装置将再次进入引流时段、故障隔离时段、清除故障电流时段的工作。

清除故障电流后，非故障线路的引流限流器，同时导通T₁、T₂的IGBT，恢复正常运行状态；等待永久故障排除后，故障线路的两种限流器再度投入正常运行。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电感耦合型高压直流限流断路器拓扑结构，其特征在于：电感耦合型高压直流限流断路器由引流限流器和故障隔离限流器组成，引流限流器采用主动短路的方式进行引流，同时故障隔离限流器交替投入耦合电感，迫使故障电流流入引流支路，极大限度降低流入故障点的电流；故障隔离限流器负责抑制故障点注入电流并隔离故障点，引流限流器负责将故障点注入电流引入引流支路，并降低故障电流增长速率；

引流限流器结构由超快速机械开关、IGBT、反并联二极管、泄能避雷器及耦合电感组成引流限流器；

故障隔离限流器结构采用超快速机械开关、IGBT、反并联二极管、泄能避雷器及耦合电感和电力电子开关群组构成故障隔离限流器。

2.根据权利要求1所述的电感耦合型高压直流限流断路器拓扑结构，其特征在于：所述的引流限流器结构由超快速机械开关、IGBT、反并联二极管、泄能避雷器及耦合电感组成，T₁、T₂、T₃分别为三个电力电子开关群组，L_L即直流线路平波电抗器，L₀为L_L异名端相连接的耦合电感；正常运行时，超快速机械开关为S₁开路状态，T₃开关群组为关断状态，T₁、T₂两个开关群组的IGBT处于导通状态，电感L₀被旁路，电流经过平波电抗器L_L可以在T₁、T₂支路自由流通。

3.根据权利要求1所述的电感耦合型高压直流限流断路器拓扑结构，其特征在于：所述的故障隔离限流器由超快速机械开关、IGBT、反并联二极管、泄能避雷器及耦合电感L₁、L₂组成，T₄、T₅、T₆分别为三个电力电子开关群组，T₅、T₆接在的L₁、L₂的异名端上；故障隔离限流器是通过T₅、T₆两个开关群组的IGBT交替导通，实现耦合电感的正接和反接，与引流限流器相配合，迫使故障电流流入引流支路，断开超快速机械开关，实现与故障点的物理隔离；正常运行时，超快速机械开关闭合，T₄开关群组的各个IGBT处于导通状态，T₅、T₆两个开关群组的IGBT处于关断状态；由于引流限流器的作用，故障发生后，流过故障隔离限流器的电流很小，IGBT关断时需要泄放的能量较小；故T₄、T₅、T₆无需串流过多的IGBT器件。

4.一种利用权利要求1至3任一项所述的电感耦合型高压直流限流断路器实现故障限流的方法，其特征在于：包括：

(1)故障发生至L₀投入时段(t₀～t₁)

故障发生至L₀投入时段控保装置负责检测直流线路电流，若发生电流上升率越限现象则下发投入L₀指令，该时段延时1ms；

在故障发生至L₀投入时间段内断路器状态与正常状态相同，T₃、T₅、T₆的IGBT处于关断状态，无电流流过，故障电流流经L_L、T₁的IGBT、T₂的二极管、故障隔离限流器的超快速机械开关以及T₄的IGBT流入故障点；

(2)限流时段(t₁～t₂)

控保装置下发投入L₀命令后，继续执行故障定位判断逻辑，确定故障线路和故障位置，t₁～t₂时段延时2ms；

在限流时段，故障线路和非故障线路的引流限流器已经全部关断T₁、T₂的IGBT，故障电流被迫流入耦合电感L₀，达到初步限流的效果，同时闭合超快速机械开关S₁，为下一时段引流支路投入使用做准备；t₁时刻故障电流将突变为：

式中i_(t1-)为L₀投入前故障电流，i_(t1+)为L₀投入后故障电流，故障电流在t₁时刻存在阶跃性降低，T₁、T₂避雷器用来泄放电流阶跃所产生的过电压；

(3)引流时段(t₂～t₃)

t₂时刻控保装置确定故障线路，断路器职能部分开始启用；

a)故障线路的引流限流器：t₂时刻迅速触发T₂、T₃各个IGBT，相当于故障电流经过串联的耦合电感通过引流支路直接接地，接地阻抗极小；此时换流器放电电流以及非故障线路馈入电流将流入引流支路和故障点，但由于故障隔离限流器的作用，流入故障点的电流可以忽略；

b)非故障线路的引流限流器：继续维持限流时段的状态，同时跳开机械开关S₁，通过串联的耦合电感L_L、L₀进行限流，降低向故障线路的馈入电流；

c)故障隔离限流器：t₂时刻迅速关断T₄的IGBT，同时交替导通T₅、T₆的IGBT，保持耦合电感L₁、L₂交替接入，极大程度地降低流入故障点的电流，迫使故障电流流入阻抗极小的引流支路；

(4)限流时段(t₃～t₄)

a)故障隔离限流器：t₃时刻注入故障点电流几乎为0，同时对T₅、T₆的IGBT进行关断，实现与故障点的初步隔离，T₅、T₆小部分的能量通过并联避雷器进行泄放，此时故障电流完全转移至引流支路；t₄时刻超快速机械开关S₂完全断开，建立起故障点和直流母线的物理隔离；

b)故障线路的引流限流器：继续保持引流时段工作状态；

c)非故障线路的引流限流器：继续保持限流时段工作状态；

(5)清除故障电流时段(t₄～t₅)

a)故障隔离限流器：限流时段结束后，限流器已经完成其限流及隔离故障点的职能任务，继续保持S₂开断状态，T₄、T₅、T₆关断状态；

b)故障线路的引流限流器：t₄时刻S₂跳开后，引流任务完成，迅速对T₂、T₃的IGBT施加关断信号，剩余能量通过T₂、T₃的避雷器进行泄放，跳开机械开关S₁；

c)非故障线路的引流限流器：为保证故障线路的引流限流器顺利开断，限流器继续保持限流时段工作状态；

(6)准备重合闸时段(t₅～t₆)

准备重合闸时间段为故障电流清除后各个避雷器去游离等待时间，通常为100ms；期间内各个设备将采取如下动作：

a)故障隔离限流器：闭合超快速机械开关S₂，等待重合闸时导通T₄的IGBT命令；

b)故障线路的引流限流器：闭合超快速机械开关S₁，T₁、T₂、T₃保持关断状态为重合闸失败后引流支路快速投入使用做准备；

c)非故障线路的引流限流器：继续保持限流时段工作状态，防止重合闸失败后过流；

(7)重合闸时段(t₆～t₇)

a)故障隔离限流器：闭合T₄的IGBT器件，直流线路正式连通；若电流平缓增长，则表明为顺时故障，重合闸成功；

b)引流限流器：若重合闸成功，则同时导通故障线路和非故障线路T₁、T₂的IGBT，将电感L₀旁路，降低直流线路电抗值，保证直流电网的动态特性，以更快速地响应有功变化，同时开断故障线路的超快速机械开关S₁；

若闭合T₄的IGBT器件后，电流增长迅速，则表明为永久故障，重合闸失败，整套装置将再次进入引流时段、故障隔离时段、清除故障电流时段的工作；

清除故障电流后，非故障线路的引流限流器，同时导通T₁、T₂的IGBT，恢复正常运行状态；等待永久故障排除后，故障线路的两种限流器再度投入正常运行。

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