一种双向阻感型直流限流器及控制方法

本发明属于柔性直流输电，具体涉及一种双向阻感型直流限流器及控制方法。

背景技术：

1、多端柔性高压直流输电系统发生短路时，其故障电流的峰值较高和上升速度快，传统的交流断路器很难断开直流电流，如果依赖交流测的交流断路器，交流测电流达到零点需要几十毫秒，然而直流系统的惯性很小，导致直流故障电流迅速上升，因柔性直流电网网架结构的特殊性，直流故障后，各换流站子模块电容迅速放电，瞬间便达到电力电子器件闭锁阈值，巨大的故障冲击电流给换流站的安全运行带来了极大隐患整个直流系统无法承受几十毫秒的故障电流。因此，需要能够在5毫秒内断开直流故障电流的直流断路器。

2、随着多端柔性直流输电容量的发展，直流断路器的开断应力将更高，较高的直流断路器过电压，能量吸收和电流峰值会增加直流断路器的建设成本。

3、主限流模块的饱和铁心具有系统在正常时低阻抗不影响系统运行，在系统故障时呈现高阻抗特性，能够实现电力系统中的理想限流性能，然而饱和铁心作为电感性限流器，只能限制故障电流的上升速度，无法有效减小直流故障电流的稳态值，且限流电感越大，产生的感应电压越大，损坏直流电流源的同时，恢复时间越长。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种双向阻感型直流限流器及控制方法，在直流系统故障时通过对晶闸管的控制来解决只能开断一个电流方向，同时改变励磁绕组结构，通过动作快速隔离开关对直流电流源进行保护来解决仅有电感限流无法有效限制故障电流峰值，延长故障电流清除能力的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

3、一种双向阻感型直流限流器，包括：主限流模块、辅助限流模块、耗能模块；所述主限流模块与辅助限流模块串联，所述耗能模块分别与主限流模块、辅助限流模块并联；所述辅助限流模块包括：预充电支路、双向通流支路、阻感限流支路、换流支路；所述双向通流支路与阻感限流支路并联；所述预充电支路或双向通流支路或阻感限流支路与主限流模块串联；所述双向通流支路或阻感限流支路与主限流模块串联后与耗能模块并联；

4、双向通流支路，用于实现直流线路正常工作电流的双向流动；

5、换流支路，用于在双向通流支路上发生故障电流时，将双向通流支路上的故障电流转移到阻感限流支路；

6、主限流模块，用于限制故障电流的上升速度；

7、耗能模块，用于吸收主限流模块和阻感限流支路中剩余的电磁能，以加快故障线路的隔离；

8、阻感限流支路，用于限制故障电流的稳态值；

9、预充电支路用于对换流支路的电容充电。

10、进一步地，所述主限流模块包括二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、铁心、避雷器、电流检测单元、快速隔离开关、直流绕组、励磁绕组和直流电源，二极管d1的的阴极与二极管d3的阴极相连，二极管d2的阳极与二极管d4的阳极相连，二极管d1的阳极与二极管d2的阴极相连，二极管d3的阳极与二极管d4的阴极相连，直流绕组和励磁绕组缠绕在铁心上，直流电源分别与快速隔离开关和电流检测单元串联后再与避雷器并联；二极管d3的阳极与二极管d4的阴极相连后与所述辅助限流模块串联，二极管d3的阳极与二极管d4的阴极相连与所述辅助限流模块串联后与耗能模块并联。

11、进一步地，所述双向通流支路包括双向晶闸管t1、双向晶闸管t2、双向晶闸管t3、双向晶闸管t4，双向晶闸管t1的阳极与双向晶闸管t2的阴极相连，双向晶闸管t1的阴极与双向晶闸管t2的阳极相连，双向晶闸管t3的阳极与双向晶闸管t4的阴极相连，双向晶闸管t3的阴极与双向晶闸管t4的阳极相连；双向晶闸管t1，双向晶闸管t2连接后与双向晶闸管t3及双向晶闸管t4相互连接连接后再串联；双向晶闸管t1、双向晶闸管t3连接后与主限流模块中二极管d3的阳极与二极管d4的阴极相连后形成的支路串联。

12、进一步地，所述的换流电容c1需要预充电压。

13、进一步地，所述预充电支路包括换流电容c1、晶闸管t9、充电电阻r3，调压电容c2，换流电容c1与晶闸管t9的阳极相连，晶闸管t9的阴极与充电电阻r3和调压电容c2相联；换流电容c1与所述双向通流支路中双向晶闸管t1与双向晶闸管t3连接后与主限流模块中的二极管d3的阳极与二极管d4的阴极相连后形成的支路串联。

14、进一步地，所述阻感限流支路包括双向晶闸管t5、双向晶闸管t6、双向晶闸管t7、双向晶闸管t8、限流电感l1、限流电感l2、限流电阻r1、限流电阻r2；

15、双向晶闸管t5的阳极与双向晶闸管t7的阴极相连，双向晶闸管t5的阴极与双向晶闸管t7的阳极相连，双向晶闸管t6的阳极与双向晶闸管t8的阴极相连，双向晶闸管t6的阴极与双向晶闸管t8的阳极相连；

16、双向晶闸管t5、双向晶闸管t7分别与限流电阻r1和限流电感l1串联；双向晶闸管t6、双向晶闸管t8分别与限流电阻r2和限流电感l2串联；限流电阻r1和限流电感l1相互串联后再与限流电阻r2和限流电感l2相互串联后形成的支路串联；

17、双向晶闸管t5、双向晶闸管t7与主限流模块中二极管d3的阳极与二极管d4的阴极相连后形成的支路串联。

18、进一步地，所述换流支路包括换流电容c1、双向晶闸管t3、双向晶闸管t5、限流电阻r1、限流电感l1；所述换流电容c1与双向晶闸管t3的阳极相连，双向晶闸管t3的阴极与双向晶闸管t5的阳极相连后与限流电阻r1和限流电感l1串联；

19、或所述换流支路包括换流电容c1、双向晶闸管t2、双向晶闸管t6、限流电阻r2、限流电感l2；换流电容c1与双向晶闸管t2的阳极相连，双向晶闸管t2的阴极与双向晶闸管t6的阳极相连后与限流电阻r2和限流电感l2串联。

20、进一步地，所述的限流电感l1，限流电感l2为铁心电抗器或空心电抗器。

21、进一步地，所述耗能模块包括晶闸管t10、耗能电阻r4，晶闸管t10的阳极与双向晶闸管t6的的阳极相连，晶闸管t10的阴极与耗能电阻r4串联后与二极管d1的阳极相连，所述耗能模块与主限流模中二极管d1的阳极与二极管d2的阴极和双向通流支路中双向晶闸管t2、双向晶闸管t4相互连接所形成的支路或阻感限流支路中双向晶闸管t6的阳极与双向晶闸管t8的阴极相互连接所形成的支路并联。

22、本发明还提供一种双向阻感型直流限流器的控制方法，包括如下步骤：在检测双向通流支路上的电流超过设定值时，表征双向通流支路故障，主限流模块自发动作，保护电路发出指令，换流支路将双向通流支路上的故障电流转移到阻感限流支路，并待故障电流完全流入阻感限流支路后，耗能模块断开双向通流支路上的故障电流。

23、与现有技术相比，本发明的优点在于：在检测双向通流支路上的电流超过设定值时，表征双向通流支路发生故障，主限流模块自发动作，保护电路发出指令，换流支路将双向通流支路上的故障电流转移到阻感限流支路，并待故障电流完全流入阻感限流支路后，耗能模块工作，配合断开双向通流支路上的故障电流。本发明具备双向通流运行能力，通态损耗低，适用于大功率柔性直流输电场合，与igbt(绝缘栅双极型晶体管)相比，晶闸管保证通流能力的同时，造价更低；能够快速响应，既能降低故障电流的稳态值，又能限制故障电流的上升速度；与直流断路器配合动作，可以减小避雷器的能量吸收，加快直流断路器对故障电流的切除；故障切除后，可以通过耗能电阻快速耗散主限流模块，电感l1和电感l2的剩余电磁能，加速直流限流器的恢复。