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基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器及控制方法

阅读：1034发布：2020-06-09

专利汇可以提供基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器及控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开一种基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器及控制方法，包括并联的通流支路和阻容支路，通流支路由机械开关构成，阻容支路由高压臂电容支路、低压臂电容支路和半导体组件串联；高压臂电容支路包括并联的高压电容、避雷器和可控放电支路，低压臂电容支路包括并联的低压电容和可控充电电源，半导体组件由晶闸管和二极管反并联构成，低压电容的负极与高压电容电气连接，低压电容的正极与半导体组件的阳极电气连接。本发明的有益效果是：本发明中限流器主要由机械开关、高压电容、低压电容、晶闸管和二极管等常规电力设备构成，造价低，同时，因为没有应用超导材料或电力电子器件，限流器的日常运行维护更加简便。，下面是基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器及控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器，其特征在于，包括并联的通流支路和阻容支路，所述通流支路由机械开关构成，所述阻容支路由高压臂电容支路、低压臂电容支路和半导体组件串联；
所述高压臂电容支路包括并联的高压电容、避雷器和可控放电支路，所述低压臂电容支路包括并联的低压电容和可控充电电源，所述半导体组件由晶闸管和二极管反并联构成，所述低压电容的负极与所述高压电容电气连接，所述低压电容的正极与所述半导体组件的阳极电气连接。
2.如权利要求1所述的基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器，其特征在于：所述机械开关为快速机械开关，所述快速机械开关由电磁斥力机构驱动，所述电磁斥力机构的操动时间为5ms。
3.如权利要求1所述的基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器，其特征在于：所述半导体组件的开通时间为1μs。
4.根据权利要求1所述的基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器，其特征在于，所述可控放电支路为电阻与机械开关串联构成，所述可控充电电源为输出电压可调的直流电源。
5.根据权利要求1所述的基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器，其特征在于，所述低压电容和高压电容的电容比值大于100：1。
6.一种如权利要求1-5任一所述的基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器的控制方法，其特征在于，
检测所述的基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器所在的直流线路状态；
根据所述直流线路状态，控制限流器中的机械开关、可控放电支路以及半导体组件的通断状态；
直流线路正常运行时，闭合所述机械开关，所述高压电容两端电压为零，所述可控放电支路处于开路状态，所述低压电容预充3～5kV电压，关断所述半导体组件，正常负荷电流在所述通流支路流通，电流由所述机械开关导通，限流器对外表现为零阻抗状态；
直流线路故障限流时，所述机械开关接收分闸命令，等待所述机械开关的动静触头分闸后，所述半导体组件接收导通命令，半导体组件导通，所述高压电容与低压电容之间的振荡使所述机械开关过零熄弧，故障电流由通流支路转移至阻容支路，故障电流对阻容支路充电，所述可控放电支路处于开路状态，限流器两端电压不断抬升至避雷器残余电压，限流器对外呈现高阻抗状态，限制故障电流上升率和峰值；
直流线路故障限流后恢复时，等待直流断路器清除故障电流并完全隔离故障点，闭合所述可控放电支路，高压电容两端电压降低至零，撤销所述半导体组件的导通命令，关断半导体组件，闭合所述机械开关，限流器恢复零阻抗状态。

说明书全文

基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器及控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器及控制方法。

背景技术

[0002] 混合多端直流输电系统是我国长距离输电系统的重要组成部分。混合多端直流输电系统在发生短路故障后，电压源型换流器会向故障点馈入故障电流，对于电压源型换流器馈入的故障电流分量，其流通路径阻尼小，上升速度快且无法通过控制换流器来快速清除。电压源型换流器主要由全控型电力电子器件(IGBT)构成，其耐浪涌电流能力弱，因此这部分故障电流可能会损坏换流器等关键设备，进而对系统造成严重威胁。为保证混合多端直流输电系统的安全可靠运行，其首要任务是快速限制电压源型换流器馈入的故障电流分量，从而为继电保护赢得更长的响应时间并降低直流断路器的电流电压应力要求。

[0003] 为了减缓电压源型馈入故障电流的上升速度并限制故障电流峰值，在直流系统中装设限流器被认为是一种有效措施。根据投入方式的不同，限流器可分为被动型和主动型限流器，对于主动型限流器，根据关键投切元件的不同，又可分为固态限流器、超导限流器等，此类限流器不影响系统的正常运行、响应速度为毫秒级、限流效果较好，但由于使用全控型电力电子器件或超导材料，造价昂贵，并且运行维护麻烦。

发明内容

[0004] 针对上述问题，本发明提出一种基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器及控制方法，主要解决主动型直流限流器造价昂贵、运行维护困难的问题。本发明中的主动型阻容式直流限流器主要由机械开关、高压电容、低压电容和避雷器等传统电力设备构成，具有响应速度快、造价低、运行维护简单的特点。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

[0006] 一种基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器，包括并联的通流支路和阻容支路，所述通流支路由机械开关构成，所述阻容支路由高压臂电容支路、低压臂电容支路和半导体组件串联；所述高压臂电容支路包括并联的高压电容、避雷器和可控放电支路，所述低压臂电容支路包括并联的低压电容和可控充电电源，所述半导体组件由晶闸管和二极管反并联构成，所述低压电容的负极与所述高压电容电气连接，所述低压电容的正极与所述半导体组件的阳极电气连接。本发明中限流器主要由机械开关、高压电容、低压电容、晶闸管和二极管等常规电力设备构成，造价低。

[0007] 在一些实施方式中，所述机械开关为快速机械开关，所述快速机械开关由电磁斥力机构驱动，所述电磁斥力机构的操动时间为5ms。

[0008] 在一些实施方式中，所述半导体组件的开通时间为1μs。

[0009] 在一些实施方式中，所述可控放电支路为电阻与机械开关串联构成，所述可控充电电源为输出电压可调的直流电源。

[0010] 在一些实施方式中，所述低压电容和高压电容的电容比值大于100：1。

[0011] 同时，本发明还提供一种与上述基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器兼容的控制方法，

[0012] 检测所述的基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器所在的直流线路状态；

[0013] 根据所述直流线路状态，控制限流器中的机械开关、可控放电支路以及半导体组件的通断状态；

[0014] 直流线路正常运行时，闭合所述机械开关，所述高压电容两端电压为零，所述可控放电支路处于开路状态，所述低压电容预充3～5kV电压，关断所述半导体组件，正常负荷电流在所述通流支路流通，电流由所述机械开关导通，限流器对外表现为零阻抗状态；

[0015] 直流线路故障限流时，所述机械开关接收分闸命令，等待所述机械开关的动静触头分闸后，所述半导体组件接收导通命令，半导体组件导通，所述高压电容与低压电容之间的振荡使所述机械开关过零熄弧，故障电流由通流支路转移至阻容支路，故障电流对阻容支路充电，所述可控放电支路处于开路状态，限流器两端电压不断抬升至避雷器残余电压，限流器对外呈现高阻抗状态，限制故障电流上升率和峰值；

[0016] 直流线路故障限流后恢复时，等待直流断路器清除故障电流并完全隔离故障点，闭合所述可控放电支路，高压电容两端电压降低至零，撤销所述半导体组件的导通命令，关断半导体组件，闭合所述机械开关，限流器恢复零阻抗状态。

[0017] 本发明的有益效果为：

[0018] 1.本发明中限流器主要由机械开关、高压电容、低压电容、晶闸管和二极管等常规电力设备构成，造价低。在正常运行时，处于零阻抗状态，无运行损耗，不会对系统的正常运行造成影响，相对于现有直流限流器的IGBT开关管动辄会产生几十kW的运行损耗，本发明节约能源，无额外发热，无需专门的冷却装置对限流器进行冷却降温。同时，因为没有应用超导材料或电力电子器件，限流器的日常运行维护更加简便。

[0019] 2.本发明中限流器在正常运行时，处于零阻抗状态，不会对系统的正常运行造成影响。

[0020] 3.由于机械开关、晶闸管和二极管均采用快速响应型的元件，本发明中限流器可在数毫秒内由低阻抗状态切换至高阻抗状态，响应速度快，限流效果好。附图说明

[0021] 图1为本发明基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器的具体实施例的结构示意图；

[0022] 图2为本发明基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器的控制方法流程图。

具体实施方式

[0023] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

[0024] 根据图1所示,本实施例提出了一种基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器，包括并联的通流支路和阻容支路，所述通流支路由机械开关MS构成，所述阻容支路由高压臂电容支路、低压臂电容支路和半导体组件T串联；

[0025] 所述高压臂电容支路包括并联的高压电容Ch-v、避雷器MOV和可控放电支路DP，所述低压臂电容支路包括并联的低压电容Cl-v和可控充电电源S，所述半导体组件T由晶闸管SCR和二极管D反并联构成，所述低压电容Cl-v的负极与所述高压电容Ch-v电气连接，所述低压电容Cl-v的正极与所述半导体组件T的阳极电气连接。

[0026] 本发明中限流器主要由机械开关、高压电容Ch-v、低压电容Cl-v、晶闸管SCR和二极管D等常规电力设备构成，造价低。在正常运行时，处于零阻抗状态，无运行损耗，不会对系统的正常运行造成影响，相对于现有直流限流器的IGBT开关管动辄会产生几十kW的运行损耗，本发明节约能源，无额外发热，无需专门的冷却装置对限流器进行冷却降温。同时，因为没有应用超导材料或电力电子器件，限流器的日常运行维护更加简便。

[0027] 更进一步地，所述机械开关MS为快速机械开关，所述快速机械开关由电磁斥力机构驱动，所述电磁斥力机构的操动时间为5ms。。

[0028] 更进一步地，所述半导体组件的开通时间为1μs。

[0029] 由于机械开关MS、晶闸管SCR和二极管D均采用快速响应型的元件，本发明中限流器可在数毫秒内由低阻抗状态切换至高阻抗状态，响应速度快，限流效果好。

[0030] 更进一步地，所述可控放电支路DP为电阻与机械开关串联构成，所述可控充电电源S为输出电压可调的直流电源。

[0031] 更进一步地，所述低压电容Cl-v和高压电容Ch-v的电容比值大于100：1，保证高压电容Ch-v和低压电容Cl-v的电压变化量比值小于1：100。

[0032] 同时，本发明还提供一种与上述基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器兼容的控制方法，

[0033] S1,检测所述的基于双电容振荡的主动型阻容式直流限流器所在的直流线路状态；

[0034] S2,根据所述直流线路状态，控制限流器中的机械开关、可控放电支路以及半导体组件的通断状态；

[0035] S101,直流线路正常运行时，闭合所述机械开关MS，所述高压电容Ch-v两端电压为零，所述可控放电支路DP处于开路状态，所述低压电容Cl-v预充3-5kv电压，关断所述半导体组件T，正常负荷电流在所述通流支路流通，电流由所述机械开关MS导通，限流器对外表现为零阻抗状态；

[0036] S102,直流线路故障限流时，所述机械开关MS接收分闸命令，等待所述机械开关MS的动静触头分闸后，所述半导体组件T接收导通命令，半导体组件T导通，所述高压电容Ch-v与低压电容Cl-v之间的振荡使所述机械开关MS过零熄弧，故障电流由通流支路转移至阻容支路，故障电流对阻容支路充电，所述可控放电支路DP处于开路状态，限流器两端电压不断抬升至避雷器MOV残余电压，限流器对外呈现高阻抗状态，限制故障电流上升率和峰值；

[0037] S103,直流线路故障限流后恢复时，等待直流断路器清除故障电流并完全隔离故障点，闭合所述可控放电支路DP，高压电容Ch-v两端电压降低至零，撤销所述半导体组件T的导通命令，关断半导体组件T，闭合所述机械开关MS，限流器恢复零阻抗状态。

[0038] 工作原理：经过一次换流的过程，当直流线路故障时，故障电流由通流支路转移至阻容支路，由避雷器和电容组成的阻容型限流电抗提供限制作用，从而限制故障电流上升率和峰值。

[0039] 上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

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