一种基于钳位子模块的混合式故障限流器及其控制方法与流程

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种基于钳位子模块的混合式故障限流器及其 控制方法。

背景技术：

高压直流输电(high voltage direct current，HVDC)由于其技术和经济上的独特优势，在我 国远距离大容量输电和大区联网中得到了广泛应用。高压直流输电不仅具有电网稳定、可靠 等诸多特性，同时也为分布式能源的大规模接入提供了便利。但由于不能在系统故障时采取 很好的应对措施，限制了直流电网的发展。其中主要技术难点在于高压大容量的直流限流器 技术尚不成熟。因此，研究一种能够在直流系统故障时限制直流电流快速上升，减轻直流系 统中各级设备压力的装置，已经成为国内外研究的热点。

从近20年的发展来看，可以将直流限流器分为两大类，主要是超导型的直流限流器和基 于电力电子的直流限流器。由于超导型的直流限流器造价高昂，因此在相当长的时间内还不 具备大规模应用潜力。而近年来由于电力电子器件的普及，基于电力电子的直流限流器被广 泛研究和推广，主要集中在固态直流限流器和混合式直流限流器。固态直流限流器在电网系 统正常运行时通过IGBT向用电端供电，然而IGBT的通态管压降较大，导致固态直流限流 器的损耗大，经济性差。混合式直流限流器采用快速机械开关导通正常运行电流，电力电子 开关分断故障电流，在保证分断容量和动作速度的前提下降低通态损耗，具有良好的研究与 应用前景。缺点是关断电流取决于电力电子支路中器件数量，需要大量的电力电子器件，从 而造成高压直流限流器造价昂贵且占地面积大。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中固态直流限流器的损耗大且经济性差以及混合式直流限流器造 价昂贵且占地面积大不足，本发明提供一种基于钳位子模块的混合式故障限流器及其控制方 法，基于钳位子模块的混合式故障限流器包括通流支路、电流转移支路和限流支路。通流支 路，用于在直流线路正常运行时实现直流线路稳态电流的导通，并在检测到直流线路发生的 故障后将故障电流转移至电流转移支路，电流转移支路，用于承载通流支路转移的故障电流， 并使限流支路中的限流元件接入直流线路；分为基于钳位子模块的混合式故障限流器所在的 直流线路正常运行或检测到基于钳位子模块的混合式故障限流器所在的直流线路发生的故障 前以及检测到基于钳位子模块的混合式故障限流器所在的直流线路发生的故障后两种情况对 基于钳位子模块的混合式故障限流器实现控制，基于钳位子模块的混合式故障限流器采用全 控型器件，逻辑简单，控制能力强。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一方面，本发明提供一种基于钳位子模块的混合式故障限流器，包括：

通流支路，用于在直流线路正常运行时实现直流线路稳态电流的导通，并在检测到直流 线路发生的故障后将故障电流转移至电流转移支路；

电流转移支路，用于承载通流支路转移的故障电流，并使限流支路中的限流电感接入直 流线路；

限流支路，用于增加系统阻尼，限制故障电流增长。

所述通流支路包括快速隔离开关K1和与快速隔离开关串联的转换模块；

所述转换模块包括N个IGBT单元，N个IGBT单元以串联、并联或串并联结合方式组 合；

所述IGBT单元包括IGBT和与IGBT反并联的二极管。

所述通流支路与电流转移支路并联，形成公共点A和公共点B；

所述电流转移支路由可钳位子模块串并联组成。

所述可钳位子模块由IGBT和反并联二极管，以及电容组成。

所述可钳位子模块的特性可以表示为：在IGBT导通时，可钳位子模块处于旁路状态， 可以流通电流；在IGBT闭锁后，等效为经二极管整流桥连接的电容；多个可钳位子模块在 闭锁后电容处于串联状态。

所述限流支路与通流支路和电流转移支路并联，连接点同样为公共点A和公共点B；

所述限流支路可以由电阻元件或电抗元件以串并联方式组成；

另一方面，基于钳位子模块的混合式故障限流器所在的直流线路正常运行或检测到二次 换相式直流限流器所在的直流线路发生的故障前，本发明提供了一种基于钳位子模块的混合 式故障限流器的控制方法，包括：

电流转移支路中的所有IGBT导通，稳态电流或故障电流流经通流支路。

再一方面，检测到基于钳位子模块的混合式故障限流器所在的直流线路发生的故障后， 本发明还提供另一种二次换相式直流限流器的控制方法，包括：

电流转移支路中的所有IGBT关断，故障电流对电容充电，并强迫电流流经限流支路；

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的基于钳位子模块的混合式故障限流器包括通流支路、电流转移支路和限流 支路和，通流支路，用于在直流线路正常运行时实现直流线路稳态电流的导通，并在检测到 直流线路发生的故障后将故障电流转移至电流转移支路，电流转移支路，用于承载通流支路 转移的故障电流，并使限流支路中的限流元件接入直流线路；

本发明提供的基于钳位子模块的混合式故障限流器的控制方法分为基于钳位子模块的混 合式故障限流器所在的直流线路正常运行或检测到基于钳位子模块的混合式故障限流器所在 的直流线路发生的故障前以及检测到基于钳位子模块的混合式故障限流器所在的直流线路发 生的故障后两种情况对基于钳位子模块的混合式故障限流器实现控制，控制方式简单，可控 性强；

本发明的中通流支路起到导通直流线路的稳态电流、降低直流线路损耗和节约成本的作 用，电流转移支路在故障电流出现后及时进行强迫电流转移流经限流支路，抑制故障电流；

本发明提供的技术方案充分利用了全控型器件控制能力比较强的优点，通过对钳位子模 块中电容的充电，实现故障电流的柔性转移；

本发明提供的技术方案在基于钳位子模块的混合式故障限流器所在的直流线路正常运行 或检测到二次换相式直流限流器所在的直流线路发生的故障前，电流流经通流支路，通流支 路具备较小的损耗电阻，稳态时经济性较好；

本发明提供的技术方案检测到基于钳位子模块的混合式故障限流器所在的直流线路发生 的故障后，伴随着电流转移支路中换相电容的充电，可强迫故障电流流经电流；

本发明提供的技术方案使用低成本的半控型器件，可以有效节约投资。

附图说明

图1是本发明实施例1中基于钳位子模块的混合式故障限流器结构图；

图2是本发明中可以采用的几种钳位子模块示意图

图3是本发明实施例1中钳位子模块闭锁后的电流转移支路等效电路示意图；

图4是本发明实施例2中稳态电流路径示意图；

图5是本发明实施例3中检测到故障前直流线路故障电流的流经路径示意图；

图6是本发明实施例4中检测到故障后直流线路故障电流的流通路径示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本发明实施例1提供一种基于钳位子模块的混合式故障限流器，具体包括通流支路、电 流转移支路和限流支路，各个支路的功能如下：

其中的通流支路，用于在直流线路正常运行时实现直流线路稳态电流的导通，并在检测 到直流线路发生的故障后将故障电流转移至限流支路；

其中故障转移支路，用于承载通流支路转移的故障电流，并强迫限流支路中的限流元件 接入直流线路；

其中的限流支路，用于在串联入直流线路后增大系统阻尼，减小故障电流上升速度。

上述通流支路包括快速隔离开关K1和与快速隔离开关串联的转换模块；转换模块包括2 个IGBT单元，2个IGBT单元以串联方式组合。第一个IGBT单元包括IGBT1和与IGBT1 反并联的二极管D1，第二个IGBT单元包括IGBT2和与IGBT2反并联的二极管D2。

本发明实施例1提供的基于钳位子模块的混合式故障限流器结构示意图如图1所示，图 1中，通流支路、电流转移支路和限流支路并联，A、B表示公共点。

电流转移支路由钳位子模块经串并联组成。

本发明实施例1提供的基于钳位子模块的混合式故障可以采用的几种钳位子模块如图2 所示，钳位子模块可以以一种或多种子模块混合串并联的方式连接，并且组成的串并联钳位 子模块组两端分别连接公共点A、B。

本发明实施例1提供的基于钳位子模块所具备的特征为：在子模块中IGBT闭锁后，均 可等效为经二极管整流桥所串联的电容，且电流转移支路中所有电容可以等效为一个电容， 如图3所示。

限流支路包含限流电抗或限流电阻，或二者经任意串并联方式的组合。

实施例2

本发明实施例2提供了一种基于钳位子模块的混合式限流器的控制方法，具体过程如下：

基于钳位子模块的混合式限流器所在的直流线路正常运行情况下，电流转移支路中IGBT 均闭锁，限流支路退出运行，通流支路中的IGBT1和IGBT2导通，稳态电流或故障电流流 经通流支路，直流线路正常运行时稳态电流的流经路径示意图如图4所示。

实施例3

本发明实施例3提供的二次换相式直流限流器的控制方法，具体过程如下：

检测到基于钳位子模块的混合式限流器所在的直流线路发生的故障前，通流支路中的 IGBT1和IGBT2导通，稳态电流或故障电流流经通流支路，检测到故障前直流线路故障电流 的流经路径示意图如图5所示。

实施例4

本发明实施例4提供的基于钳位子模块的混合式限流器的控制方法，适用于检测到基于 钳位子模块的混合式限流器所在的直流线路发生的故障后，具体过程如下：

通流支路中的所有IGBT关断，电流向钳位子模块中等效电容充电，故障电流的流通路 径示意图如图6所示。

为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然， 在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。 因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的 形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储 介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形 式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/ 或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/ 或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令 到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个 机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程 图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工 作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制 造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指 定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或 其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编 程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多 个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域 的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换， 这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求 保护范围之内。