一种两电平电压源换流器的直流故障自清除电路的制作方法

本实用新型涉及一种直流故障自清除电路，具体涉及一种两电平电压源换流器的直流故障自清除电路。

背景技术：

基于电压源换流器的直流输电（柔性直流输电）相比常规直流输电，具有可独立控制有功功率与无功功率、可向无源系统供电、谐波水平低和占地面积小等优点，且不存在无功补偿问题与换相失败问题。因此，在风电等新能源并网、海岛供电等领域有广阔的应用前景。

两电平电压源换流器是柔性直流输电的一种典型电路结构，但由于在直流侧双极短路时，即使快速闭锁换流器后，交流系统仍可通过换流器桥臂的反并联二极管向故障点注入短路电流，因此其不具备直流故障自清除能力。只能借助跳开外部的交流侧断路器将故障清除。由于交流断路器切断时间长，此时故障电流上升较快，因此会给换流器造成较大的冲击，给交流系统暂态稳定性带来影响。这一现有技术的缺点限制了两电平电压源换流器在长距离架空线路输电和直流电网等领域的应用。

技术实现要素：

本实用新型克服了上述现有的两电平电压源换流器不具备直流故障自清除能力的技术缺陷，提供了一种两电平电压源换流器的直流故障自清除电路。本实用新型。在无需跳开交流断路器的情况下，可实现直流故障自清除，快速减少故障电流上时间，降低故障电流上升幅度，达到保护两电平电压源换流器，降低电流应力的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种两电平电压源换流器的直流故障自清除电路，与两电平电压源换流器传输电路通过并联方式进行电连接，实现故障自清除，两电平电压源换流器传输电路包括两电平电压源换流器和直流侧电容电路，所述的直流故障自清除电路包括过零关断电路、限流电路、第一谐振发生电路和第二谐振发生电路，其位置连接关系如下：

所述的两电平电压源换流器直流侧正极线上依次串联有过零关断电路、限流电路；

所述的第一谐振发生电路与限流电路通过并联方式进行电连接；

所述第二谐振发生电路并联在两电平电压源换流器的直流侧正负极之间；

各组成电路作用如下：

所述的过零关断电路在故障情况下处于关断状态，正常情况下处于导通状态；

所述的限流电路在故障情况下处于失超态，电阻值为3Ω~30Ω，正常情况下处于超导态，电阻值为0；

所述的第一谐振发生电路在故障情况下处于开通状态，提供电感和电容，正常情况下处于旁路状态；

所述的第二谐振发生电路在故障情况下与直流侧电容电路和第一谐振发生电路的电感和电容组成谐振电路，正常情况下处于关断状态。

本实用新型在两电平电压源换流器的直流侧双极短路故障情况下，限流电路处于呈现高阻特性进行限流，第一谐振发生电路和第二谐振发生电路产生谐振过零电流，过零关断电路在谐振电流过零时自行关断，达到故障自清除的效果。

在一种优选的方案中，所述的过零关断电路包括双向晶闸管。双向晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作。

在一种优选的方案中，所述的限流电路包括电阻型超导限流器，电阻型超导限流器具有超导体的超导态/失超态转变特性。这种特性使得两电平电压源换流器的直流故障自清除电路在正常情况下，电阻为0，完全将第一谐振发生电路短路，使其处于旁路状态。

在一种优选的方案中，所述的第一谐振发生电路包括电容、电感和双向晶闸管，电容的一端与电感的一端通过串联方式进行电连接，电容的另一端与双向晶闸管的一端通过串联方式进行电连接。

在一种优选的方案中，所述的第二谐振发生电路包括双向晶闸管。第一谐振发生电路的双向晶闸管用来导通电感和电容，第二谐振发生电路用来将第一谐振发生电路的电感和电容与直流侧电容电路闭环连接构成完整的谐振回路。第一谐振发生电路和第二谐振发生电路是同时工作的。

在一种优选的方案中，所述的双向晶闸管包括一对单向晶闸管，两个单向晶闸管之间通过反向并联方式进行电连接。

在一种优选的方案中，所述的直流侧电容电路与两电平电压源换流器的直流侧正负极通过并联方式进行电连接。直流侧电容电路提供直流侧中点。

在一种优选的方案中，所述的直流侧电容电路包括第一电容、第二电容和电阻，第一电容有第一端和第二端，第二电容有第一端和第二端，电阻有第一端和第二端，第一电容的第一端与两电平电压源换流器的直流侧者正极通过串联方式进行电连接，第一电容的第二端与电阻的第一端通过串联方式进行电连接，电阻的第二端与接地端连接，第二电容的第一端与两电平电压源换流器的直流侧者负极通过串联方式进行电连接，第二电容的第二端与电阻的第一端通过串联方式进行电连接。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

1、通过在两电平电压源换流器的直流侧增加直流故障自清除电路，结构简单，无需跳开交流侧断路器即可实现直流故障的自清除；

2、由于电路元件响应时间比交流断路器短，使故障电流上升幅度降低，两电平电压源换流器各元件电流应力得到有效降低。

附图说明

图1为两电平电压源换流器的直流故障自清除电路图。

图2为双向晶闸管电路图。

标号说明：1．两电平电压源换流器、2．过零关断电路、3．第一谐振发生电路、4．限流电路、5．直流侧电容电路、6．第二谐振发生电路、7．单向晶闸管。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，一种两电平电压源换流器的直流故障自清除电路，直流故障自清除电路由过零关断电路2、限流电路4、第一谐振发生电路3和第二谐振发生电路6组成，其位置连接关系如下：

两电平电压源换流器1直流侧正极线上依次串联有过零关断电路2、限流电路4；

第一谐振发生电路3与限流电路4通过并联方式进行电连接；

第二谐振发生电路6并联在两电平电压源换流器1的直流侧正负极之间；

过零关断电路2和第二谐振发生电路6都是由一个双向晶闸管组成。

第一谐振发生电路3由电容、电感和双向晶闸管组成，电容的一端与电感的一端通过串联方式进行电连接，电容的另一端与双向晶闸管的一端通过串联方式进行电连接。

如图2所示，双向晶闸管由一对单向晶闸管7组成，两个单向晶闸管7之间通过反向并联方式进行电连接组成双向晶闸管。

限流电路4由电阻型超导限流器组成，电阻型超导限流器具有超导体的超导态/失超态转变特性，超导态的电阻值为0，失超态的电阻值为3Ω~30Ω。

直流侧电容电路5与两电平电压源换流器1的直流侧者正负极通过并联方式进行电连接。直流侧电容电路5包括第一电容、第二电容和电阻，第一电容有第一端和第二端，第二电容有第一端和第二端，电阻有第一端和第二端，第一电容的第一端与两电平电压源换流器1的直流侧者正极通过串联方式进行电连接，第一电容的第二端与电阻的第一端通过串联方式进行电连接，电阻的第二端与接地端连接，第二电容的第一端与两电平电压源换流器1的直流侧者负极通过串联方式进行电连接，第二电容的第二端与电阻的第一端通过串联方式进行电连接。

本实施例在故障情况下，限流电路4的电阻型超导限流器处于失超态，呈高阻特性，实现故障限流。第一谐振发生电路3和第二谐振发生电路6的双向晶闸管触发导通，构成完整的谐振电路，产生谐振过零电流。过零关断电路2在谐振电流过零时自行关断，达到故障自清除的效果。

本实施例的有益效果：

1、通过在两电平电压源换流器的直流侧增加直流故障自清除电路，结构简单，无需跳开交流侧断路器即可实现直流故障的自清除；

2、由于电路元件响应时间比交流断路器短，使故障电流上升幅度降低，两电平电压源换流器各元件电流应力得到有效降低。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。