一种多功能故障电流主动调控限流系统的制作方法

本发明实施例涉及电力技术领域，尤其涉及一种多功能故障电流主动调控限流系统。

背景技术：

随着国民经济发展，我国电力系统负荷的迅速增长，导致电网短路功率及短路电流不断增大，对电力系统的安全稳定运行具有很大的危害性；工业中广泛应用的非线性装置和冲击性负荷容易引起电网电流、电压波形畸变，而配网用户侧敏感性负载逐渐增多，人们对电能质量的要求愈加严苛。因此，限制短路电流，提升电力系统的运行安全可靠性，向负荷提供高质量的电能，成为我国电力系统安全稳定运行和电力系统建设发展的重点工作之一。

目前应用较多的限流技术方案，主要是通过在母线上串联电抗器。然而母线串联电抗只能实现故障限流功能，电抗器长期串接在电网内，浪费电网功率，而且串联电抗器参数不能太大，导致限流的效果不足；而其他桥式限流器装置复用率低、成本较高，且一般的限流技术方案不能对电能质量进行改善。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种多功能故障电流主动调控限流系统，用以解决上述一个或多个技术问题。

本发明实施例提供一种多功能故障电流主动调控限流系统，包括：第一滤波模块、第一动态电压补偿模块、第一限流模块、储能模块和稳压电容；

其中，所述第一滤波模块的一端通过第一电感与待控制电网的一相连接，所述第一滤波模块的一端还与所述第一动态电压补偿模块的第一连接点连接，所述第一滤波模块的另一端与所述第一动态电压补偿模块的第二连接点连接，所述第一动态电压补偿模块的一端与所述第一限流模块的第一端连接，所述第一动态电压补偿模块的另一端与所述第一限流模块的第二端连接，所述稳压电容的两端分别与所述第一限流模块的第三端、所述第一限流模块的第二端连接，所述储能模块分别与所述稳压电容的两端连接；

若所述待控制电网正常运行，所述第一限流模块断开，通过所述第一动态电压补偿模块对所述待控制电网进行动态电压补偿。

本发明实施例提供的一种多功能故障电流主动调控限流系统，采用馈线间第一动态电压补偿模块和第二动态电压补偿模块共用储能电容的拓扑结构，不同工作情况下第一动态电压补偿模块和第二动态电压补偿模块采取不同分工，可以有效抑制单馈线短路或双馈线同时发生短路故障下的短路电流，实现对双条馈线电压抬升、跌落及三相电压不平衡动态补偿，提高电压补偿深度，控制接地故障线路电流在一定范围内，抑制故障过电流，提高电力系统供电可靠性及用户侧的供电电压质量，保护电力系统设备及负荷安全，改善了装置利用率及运行经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种多功能故障电流主动调控限流系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一种多功能故障电流主动调控限流系统中两侧电网均正常运行时的等效电路图；

图3为本发明实施例一种多功能故障电流主动调控限流系统中单侧电网发生故障时的等效电路图；

图4为本发明实施例一种多功能故障电流主动调控限流系统中两侧电网同时发生故障时的等效电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一种多功能故障电流主动调控限流系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：第一滤波模块、第一动态电压补偿模块、第一限流模块、储能模块和稳压电容；

其中，所述第一滤波模块的一端通过第一电感与待控制电网的一相连接，所述第一滤波模块的一端还与所述第一动态电压补偿模块的第一连接点连接，所述第一滤波模块的另一端与所述第一动态电压补偿模块的第二连接点连接，所述第一动态电压补偿模块的一端与所述第一限流模块的第一端连接，所述第一动态电压补偿模块的另一端与所述第一限流模块的第二端连接，所述稳压电容的两端分别与所述第一限流模块的第三端、所述第一限流模块的第二端连接，所述储能模块分别与所述稳压电容的两端连接；

若所述待控制电网正常运行，所述第一限流模块断开，通过所述第一动态电压补偿模块对所述待控制电网进行动态电压补偿。

本发明实施例中，第一滤波模块用来对对待控制电网进行滤波，第一动态电压补偿模块用来对待控制电网进行电压补偿，当待控制电网中发生短路，需要对短路电流进行限制时，第一限流模块可以调节电网中短路电流的大小，以防止短路电流过大。

当待控制电网正常运行时，通过控制第一限流模块中内部器件的断开或闭合，使得第一模块中的限流部分没有接入电路，不会对待控制电网起到限流的作用，通过第一动态电压补偿模块对待控制电网进行动态电压补偿。

具体地，所述第一动态电压补偿模块包括：第一igbtsa1、第二igbtsa2、第三igbtsa3、第四igbtsa4、第一二极管da1、第二二极管da2、第三二极管da3和第四二极管da4；

其中，所述第一igbtsa1的集电极作为所述第一动态电压补偿模块的一端，所述第一igbtsa1的发射极与所述第三igbtsa3的集电极连接，所述第一二极管da1的正极与所述第一igbtsa1的发射极连接，所述第一二极管da1的负极与所述第一igbtsa1的集电极连接，所述第三igbtsa3的发射极作为所述第一动态电压补偿模块的另一端，所述第三二极管da3的正极与所述第三igbtsa3的发射极连接，所述第三二极管da3的负极与所述第三igbtsa3的集电极连接；

所述第二igbtsa2的集电极与所述第一动态电压补偿模块的一端连接，所述第二igbtsa2的发射极与所述第四igbtsa4的集电极连接，所述第二二极管da2的正极与所述第二igbtsa2的发射极连接，所述第二二极管da2的负极与所述第二igbtsa2的集电极连接，所述第四igbtsa4的发射极与所述第一动态电压补偿模块的另一端连接，所述第四二极管da4的正极与所述第四igbtsa4的发射极连接，所述第四二极管da4的负极与所述第四igbtsa4的集电极连接；

所述第一动态电压补偿模块的第一连接点为所述第一igbtsa1的发射极，所述第一动态电压补偿模块的第二连接点为所述第二igbtsa2的发射极；

所述第一限流模块包括第一开关管ta1、第二开关管、第三开关管、第一卸能电阻r0、第五igbt、第五二极管和第一限流电感la；

第二开关管和第三开关管就是图中的ta3，第五igbt和第五二极管组合就是图中的ta2。

所述第一开关管ta1的正极作为所述第一限流模块的第一端，所述第一开关管ta1的负极与所述第一卸能电阻r0的一端连接，所述第一卸能电阻r0的另一端与所述第五igbt的集电极连接，所述第五igbt的发射极作为所述第一限流模块的第二端，所述第五二极管的正极与所述第五igbt的发射极连接，所述第五二极管的负极与所述第五igbt的集电极连接，所述第一限流电感的两端分别与所述第一开关管ta1的负极、所述第五igbt的发射极连接，所述第二开关管的正极与所述第一开关管ta1的正极连接，所述第二开关管的负极作为所述第一限流模块的第三端，所述第三开关管的负极与所述第二开关管的正极连接，所述第三开关管的正极与所述第二开关管的负极连接；

若所述待控制电网电压出现上升、下降或三相不平衡，控制所述第一igbtsa1、所述第二igbtsa2、所述第三igbtsa3和所述第四igbtsa4实现对所述待控制电网的电压动态补偿。

待控制电网中的一相也就是图中的us1。

本发明实施例中的第一动态电压补偿模块就是图1中的dvr模块的上半部分，第一动态电压补偿模块包括4个igbt和4个二极管，具体的连接结构如图中所示。

第一限流模块就是图1中限流模块的上半部分，第一限流模块主要是对电网中的短路电流进行限制，以防止电网中的短路电流过大。

当检测到待控制电网中出现电压上升、下降或者是三相不平衡问题的时候，该装置通过控制第一igbtsa1、第二igbtsa2、第三igbtsa3和第四igbtsa4实现对待控制电网的电压动态补偿。

具体地，所述第一滤波模块包括：第一滤波电感l1和第一滤波电容c1；

其中，所述第一滤波电容c1的一端通过所述第一电感与所述待控制电网的一相连接，所述第一滤波电容c1的一端还与所述第一动态电压补偿模块的第二连接点连接，所述第一滤波电容c1的另一端与所述第一滤波电感l1的一端连接，所述第一滤波电感的另一端与所述第一动态电压补偿模块的第一连接点连接；

所述储能模块包括第六igbt、第七igbt、第六二极管、第七二极管、储能电感l0、储能电容c0和储能电阻r0；

第六igbt和第六二极管一起就是图中的m1，第七igbt和第七二极管一起就是图中的m2。

其中，所述第六igbt的集电极与所述稳压电容的一端连接，所述第六igbt的发射极与所述第七igbt的集电极连接，所述第七igbt的发射极与所述稳压电容的另一端连接，所述第六二极管的正极与所述第六igbt的发射极连接，所述第二二极管da2的负极与所述第六igbt的集电极连接，所述第七二极管的正极与所述第七igbt的发射极连接，所述第七二极管的负极与所述第七igbt的集电极连接，所述储能电感l0的一端与所述第六igbt的发射极连接，所述储能电感l0的另一端与所述储能电容c0的一端连接，所述储能电容c0的另一端与所述储能电阻r0的一端连接，所述储能电阻r0的另一端与所述稳压电容的另一端连接。

上述是对一个电网进行限流控制时的系统结构，在上述实施例的基础上，在上述系统的基础上再增加第二滤波模块、第二限流模块和第二动态电压补偿模块，这样该系统就可以同时对两个电网的电流进行控制和调节。

具体地，还包括：第二滤波模块、第二动态电压补偿模块和第二限流模块；

其中，第二滤波模块包括第二滤波电容c2和第二滤波电感l2，所述第二滤波电容c2的一端通过第二电感与另一待控制电网的一相连接，所述第二滤波电容c2的一端还与所述第二动态电压补偿模块的第二连接点连接，所述第二滤波电容c2的另一端与所述第二滤波电感l2的一端连接，所述第二滤波电感l2的另一端与所述第二动态电压补偿模块的第一连接点连接；

所述第二动态电压补偿模块包括：第八igbtsb1、第九igbtsb2、第十igbtsb3、第十一igbtsb4、第八二极管db1、第九二极管db2、第十二极管db3和第十一二极管db4；

其中，所述第八igbtsb1的集电极作为所述第二动态电压补偿模块的一端，所述第八igbtsb1的发射极与所述第十igbtsb3的集电极连接，所述第八二极管db1的正极与所述第八igbtsb1的发射极连接，所述第八二极管db1的负极与所述第八igbtsb1的集电极连接，所述第十igbtsb3的发射极作为所述第二动态电压补偿模块的另一端，所述第十二极管db3的正极与所述第十igbtsb3的发射极连接，所述第十二极管db3的负极与所述第十igbtsb3的集电极连接；

所述第九igbtsb2的集电极与所述第二动态电压补偿模块的一端连接，所述第九igbtsb2的发射极与所述第十一igbt的集电极连接，所述第九二极管db2的正极与所述第九igbtsb2的发射极连接，所述第九二极管db2的负极与所述第九igbtsb2的集电极连接，所述第十一igbt的发射极与所述第二动态电压补偿模块的另一端连接，所述第十一二极管db4的正极与所述第十一igbt的发射极连接，所述第十一二极管db4的负极与所述第十一igbt的集电极连接；

所述第二动态电压补偿模块的第一连接点为所述第八igbtsb1的发射极，所述第二动态电压补偿模块的第二连接点为所述第九igbtsb2的发射极；

所述第二限流模块包括：第四开关管tb1、第五开关管、第六开关管、第二卸能电阻rb、第十二igbt、第十二二极管和第二限流电感lb；

第十二igbt和第十二二极管一起就是图中的tb2，第五开关管和第六开关管一起就是图中的tb3。

其中，所述第四开关管tb1的正极与所述第二动态电压补偿模块的一端连接，所述第四开关管tb1的负极与所述第二卸能电阻rb的一端连接，所述第二卸能电阻rb的另一端与所述第十二igbt的集电极连接，所述第十二igbt的发射极与所述第二动态电压补偿模块的另一端连接，所述第十二二极管的正极与所述第十二igbt的发射极连接，所述第十二二极管的负极与所述第十二igbt的集电极连接，所述第二限流电感lb的一端与所述第二开关管的另一端连接，所述第二限流电感lb的另一端与所述第十二igbt的发射极连接，所述第五开关管的正极与所述第二动态电压补偿模块的一端连接，所述第五开关管的负极与所述第一限流模块的第三端连接，所述第六开关管的负极与所述第五开关管的正极连接，所述第六开关管的正极与所述五开关管的负极连接，所述第二动态电压补偿模块的第二端与所述第一动态电压补偿模块的第二端连接。

上面就是该系统同时控制两个电网中的短路电流时的结构图，基于该结构，根据检测到电网中的故障种类，对该系统进行相应的控制，具体操作方法如下：

步骤1，对两条馈线电网电流is1、is2及电网电压us1、us2进行检测，图2为本发明实施例一种多功能故障电流主动调控限流系统中两侧电网均正常运行时的等效电路图，如图2所示，电网正常运行状态下，第一开关管ta1与第二开关管tb1断开，对第一电压动态补偿模块中的第一igbtsa1、第二igbtsa2、第三igbtsa3、第四igbtsa4进行控制，对第二电压动态补偿模块中的第八igbtsb1、第九igbtsb2、第十igbtsb3、第十一igbtsb4，可实现两条馈线上的动态电压补偿。此处两条馈线电网分别是指待控制电网和另一待控制电网。

步骤2，检测到两条馈线电压us1与us2出现暂升、暂降、三相不平衡问题时，控制馈线1中第一动态电压补偿模块的可控管第一igbtsa1、第二igbtsa2、第三igbtsa3、第四igbtsa4可实现馈线1电网电压us1的动态补偿；控制馈线2中第二动态电压补偿模块的第八igbtsb1、第九igbtsb2、第十igbtsb3、第十一igbtsb4即可实现馈线2电网电压us2的动态补偿；当两条馈线同时发生电压暂升、暂降、三相不平衡时，控制直流储能模块中igbt开关m1、m2使双向buck-boost电路工作于boost模式，储能电容放电提供能量，实现对两条馈线同时电压补偿。

步骤3，检测两馈线负载电压ul1、ul2，计算电网电压与负载电压的差值uδ1与uδ2，经pi控制调节及定频滞环比较器得到馈线1中第一动态电压补偿模块可控管第一igbtsa1、第二igbtsa2、第三igbtsa3、第四igbtsa4以及馈线2中第二动态电压补偿模块第八igbtsb1、第九igbtsb2、第十igbtsb3、第十一igbtsb4的开关信号，实现各馈线负载电压对电网电压的实时跟踪反馈调节。

步骤4，检测各馈线电网电流is1与is2，判断电网短路故障情况。

图3为本发明实施例一种多功能故障电流主动调控限流系统中单侧电网发生故障时的等效电路图，如图3所示，图中虚线部分表示该器件不接入电路。

当馈线1中短路电流超过动作值时，第一igbtsa1、第二igbtsa2、第三igbtsa3、第四igbtsa4关断。关断导通的ta3，导通igbt开关ta1，电压经不控整流桥第一二极管da1、第二二极管da2、第三二极管da3和第四二极管da4流经限流模块的卸能部分，限流电感接入馈线1线路中以限制短路电流上升。

当馈线2中短路电流超过动作值时，第八igbtsb1、第九igbtsb2、第十igbtsb3、第十一igbtsb4关断。关断导通的开关管tb3，导通igbt开关tb1，电压经不控整流桥第八二极管db1、第九二极管db2、第十二极管db3和第十一二极管db4流经限流模块的卸能部分，限流电感接入馈线2线路中以限制短路电流上升；

图4为本发明实施例一种多功能故障电流主动调控限流系统中两侧电网同时发生故障时的等效电路图，如图4所示，图中虚线部分表示该器件不接入电路。

当馈线1与馈线2中同时发生短路故障，短路电流超过动作值时，可控管第一igbtsa1、第二igbtsa2、第三igbtsa3、第四igbtsa4、第八igbtsb1、第九igbtsb2、第十igbtsb3、第十一igbtsb4关断。关断导通的开关管ta3与tb3，导通第一开关管ta1与第四开关管tb1，馈线1中电压经不控整流桥第一二极管da1、第二二极管da2、第三二极管da3和第四二极管da4流经限流模块的卸能部分，线路中接入第一限流电感la，馈线2中电压经不控整流桥第八二极管db1、第九二极管db2、第十二极管db3和第十一二极管db4流经限流模块的卸能部分，线路中接入第二限流电感lb，限制两条馈线中的短路电流。

步骤5，检测到接地故障发生时，控制第一开关管ta1与第四开关管tb1的导通与关断，可以控制在工频周期内第一卸能电阻ra与第一卸能电阻rb的投入时间，可防止第一卸能电阻ra与第一卸能电阻rb持续导通发生过热，同时可调节线路流过等效电流的大小，实现对线路故障电流的调节，并防止直流侧过电压的冲击。

步骤6，馈线1中短路故障消除后，控制开关管ta3导通，第一开关管ta1关断，第一限流电感l1卸能，线路电流恢复正常运行状态；

馈线2中短路故障消除后，控制开关管tb3导通，第四开关管tb1关断，第二限流电感l2卸能，线路电流恢复正常运行状态。

馈线1与馈线2同时发生短路故障时，故障消除后，导通控制开关管ta3、tb3，关断第一开关管ta1、第四开关管tb1关断，第一限流电感la和第二限流电感lb卸能，两条馈线均恢复正常运行状态。

本发明实施例提供的一种多功能故障电流主动调控限流系统，采用馈线间第一动态电压补偿模块和第二动态电压补偿模块共用储能电容的拓扑结构，不同工作情况下第一动态电压补偿模块和第二动态电压补偿模块采取不同分工，可以有效抑制单馈线短路或双馈线同时发生短路故障下的短路电流，实现对双条馈线电压抬升、跌落及三相电压不平衡动态补偿，提高电压补偿深度，控制接地故障线路电流在一定范围内，抑制故障过电流，提高电力系统供电可靠性及用户侧的供电电压质量，保护电力系统设备及负荷安全，改善了装置利用率及运行经济性。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。