CN101034803B - 基于整流桥和双向开关切换的故障限流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于整流桥和双向开关切换的故障限流装置，包括由电子开关(ES1)、(ES2)、(ES3)和(ES4)组成的桥路、直流限流电抗器(L1)和直流偏压电源(Eb)；电子开关(ES1)的一端、电子开关(ES3)的一端和直流限流电抗器(L1)的一端接在一起；直流限流电抗器(L1)的另一端和直流偏压电源(Eb)的负极接在一起；电子开关(ES2)的一端、电子开关(ES4)的一端和直流偏压电源(Eb)的正极接在一起；所述电子开关(ES1)、(ES4)或(ES2)、(ES3)为双向可控电子开关，(ES2)、(ES3)或(ES1)、(ES4)为单向可控电子开关；所述双向可控电子开关由一个半控器件可控硅与一个二极管反并联构成。

Description

基于整流桥和双向开关切换的故障限流装置
技术领域
本发明是一种应用于交流电压供电系统，对短路故障电流及其上升率进行限制的装置，属于交流柔性输电技术的技术领域。具体说是一种基于整流桥和双向开关切换的故障限流装置
背景技术
随着电力系统规模和容量的不断扩大，短路电流的水平快速增加，当短路电流水平超过断路器的断开容量时，短路故障可能造成主要电力设备如变压器、高压开关设备、电力电缆等的严重损坏，引起系统不稳定，甚至造成系统的瘫痪。短路故障限流器在检测到短路故障发生后，通过快速改变故障线路的阻抗参数，将短路电流限制在允许的水平，以保护电力设备，已经成为柔性交流输电系统的关键元件之一。限流器主要有基于电力电子技术的桥式固态限流器和基于超导技术的限流器。
附图1中的虚线部分为美国西屋电力公司提出的桥路型超导限流器结构。图中，L1为直流电感，Eb为直流偏压，用来补偿二极管压降，保证电感L1中的电流始终大于负载额定电流的峰值，从而保证电网电压无畸变。Us为电源电压，X1为线路阻抗，R1为负载阻抗，CB为断路器。该超导限流器具有：1)能从故障状态快速恢复；2)超导线圈是直流的，无交流损耗；3)无铁心，装置的重量轻且费用低等优点。但该限流器只能在故障初期限制电流上升率，不能限制短路电流的稳态值，限流功能弱。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种基于整流桥和双向开关切换的故障限流限流方法与装置，既能限制短路故障初期的短路电流上升率，也能限制短路故障发生后短路电流的稳态值。
本发明一种基于整流桥和双向开关切换的故障限流方法，采用双向和单向可控电子开关，组成一个桥路，在电力系统正常的情况下，控制桥路工作于不控整流状态，一旦短路故障发生，立即控制桥路工作于两个双向开关状态，将用于限流的超导电抗器或常规电抗器串入交流供电系统，以限制短路电流的稳态值。
本发明基于整流桥和双向开关切换的故障限流装置，包括由电子开关ES1、ES2、ES3和ES4组成的桥路、直流限流电抗器L1和直流偏压电源Eb；其中，电子开关ES1的一端、电子开关ES3的一端和直流限流电抗器L1的一端接在一起；直流限流电抗器L1的另一端和直流偏压电源Eb的负极接在一起；电子开关ES2的一端、电子开关ES4的一端和直流偏压电源Eb的正极接在一起。使用时，将所述限流器串联在电力线路的断路器和负载之间；电子开关ES1的另一端、电子开关ES2的另一端和线路靠近电源的一端接在一起；电子开关ES3的另一端、电子开关ES4的另一端和线路靠近负载的一端接在一起。
所述电子开关ES1、ES2、ES3、ES4为双向可控电子开关，为一种实现方案。
取电子开关ES1、ES4(或ES2、ES3)为双向可控电子开关，ES2、ES3(ES1、ES4)为单向可控电子开关为一种实现方案。
电抗器L1可以为超导型的，也可以为常规型的，超导型电抗器更适用于本发明方法和装置。
本发明方法和装置应用于交流电压供电系统，既能限制短路故障初期的短路电流上升率，也能限制短路故障发生后短路电流的稳态值。
附图说明
图1为现有技术的限流装置电路图；
图2为本发明基于整流桥和双向开关切换的故障限流装置电路原理图；
图3为本发明基于整流桥和双向开关切换的故障限流装置电路图(双向电子开关ES1、ES2、ES3和ES4均由两个可控硅SCR反并联构成)；
图4为本发明基于整流桥和双向开关切换的故障限流装置电路图(电子开关ES1、ES4为双向可控电子开关，ES2、ES3为单向可控电子开关)；
图5为本发明基于整流桥和双向开关切换的故障限流装置电路图(电子开关ES1、ES4为双向可控电子开关，ES2、ES3为单向可控电子开关。可控双向电子开关只有一个方向可以控制，另一个方向不可控)；
图6为本发明采用自关断器件时的一种双向开关的电路图；
图7为本发明采用自关断器件时的一种双向开关的电路图；
图8本发明采用自关断器件时的单向开关的电路图
具体实施方式
以下参照附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1、如图3所示，基于整流桥和双向开关切换的故障限流装置，包括由电子开关ES1、ES2、ES3和ES4组成的桥路、直流限流电抗器L1和直流偏压电源Eb；其中，电子开关ES1的一端、电子开关ES3的一端和直流限流电抗器L1的一端接在一起；直流限流电抗器L1的另一端和直流偏压电源Eb的负极接在一起；电子开关ES2的一端、电子开关ES4的一端和直流偏压电源Eb的正极接在一起。
所述双向电子开关ES1、ES2、ES3和ES4均由两个可控硅SCR反并联构成。在系统正常的情况下，控制可控硅T1、T2、T3、T4处于常通状态，控制T5、T6、T7、T8处于关断状态，则开关器件组成的桥路工作于不控整流状态，在电感L1充磁之后的稳定状态，由于偏压电源Eb补偿了开关管的通态压降，L1中的略电流大于额定负载电流的峰值，限流器接入线路的两个端子A、B之间电压为零，限流器的存在对系统无影响。当短路故障发生后，电源电压经过整流桥路加在直流电感L1上，引起L1电流的增加，由于L1位于桥路的直流侧，经过整流桥的电压为单一极性，如果桥路一直工作于整流状态，则L1电流将不断增加。在该电路中，当L1电流大于设定值后，可以给T1、T5、T4、T8(或T2、T6、T3、T7)常加触发信号以保证其导通，去掉T2、T6、T3、T7(或T1、T5、T4、T8)的触发信号并保证这几个管子在电流过零之后处于关断状态，即控制桥路切换到双向开关状态，将L1串入交流通路，则可以限制短路电流的稳态值。如果保证在电源的正半周短路时，开通T1、T5、T4、T8并关断T2、T6、T3、T7；在电源负半周短路时，开通T2、T6、T3、T7并关断T1、T5、T4、T8，则可以在下个半周内使电感L1两端的电流反向，L1的电感量和最终的额定电流及桥路中各个开关管的额定电流值，可以小一些(和后边的其它方案比较)。
实施例2、如图4所示，与实施例1基本相同，所不同的是，所述电子开关ES1、ES4为双向可控电子开关，ES2、ES3为单向可控电子开关。在系统正常情况下，控制开关管T1、T2、T3、T4处于常通状态，关断T5、T6，桥路为不控整流状态，限流器在电路中的作用和特点同上例。当短路故障发生后，L1中电流快速上升。当检测到L1电流大于某一设定值时，控制关断T2、T3并开通T1、T5、T4、T6，则L1被串入交流电路，L1在交流电路中可以限制短路电流的稳态值。该电路比附图3所示的方案少用了两个管子。在电源电压负半周发生短路后，则L1电流在下一个半周内仍然承受上正下负的电压，所以L1电流将可能从负载电流额定值的峰值开始，在一个周期内持续增加，所以L1的电流、电感及开关管的额定电流值将比附图3所示的方案大些。
实施例3、如图5所示，与实施例2基本相同，所不同的是，在该方案中，可控双向电子开关只有一个方向可以控制，另一个方向不可控。在正常情况下，控制T2、T3导通，T1、T4关断，则D1、D2、T2、T3组成不控整流桥。在短路故障发生后，关断T2、T3管，控制T1、T4管处于常通状态，则电感L1串入交流电路，限制短路电流的稳态值。该电路的参数计算同附图4所示方案，但更简单，成本更低。
在上述方案中，可控电子开关分别采用了可控硅或者是可控硅与二极管的组合，也可以采用自关断器件，如IGBT、IGCT、GTO等。当采用IGBT等管子时，由于相当于用于电流源电路，双向开关可以采用附图6、附图7所示连接方法，单向开关可以采用附图8所示方法。采用自关断器件后的主电路拓扑结构，仿照附图3、4、5。

Claims (1)

1.一种基于整流桥和双向开关切换的故障限流装置，包括由第一电子开关(ES1)、第二电子开关(ES2)、第三电子开关(ES3)和第四电子开关(ES4)组成的桥路、直流限流电抗器(L1)和直流偏压电源(Eb)；第一电子开关(ES1)的一端、第三电子开关(ES3)的一端和直流限流电抗器(L1)的一端接在一起；直流限流电抗器(L1)的另一端和直流偏压电源(Eb)的负极接在一起；第二电子开关(ES2)的一端、第四电子开关(ES4)的一端和直流偏压电源(Eb)的正极接在一起；第一电子开关(ES1)的另一端和第二电子开关(ES2)的另一端相连，第三电子开关(ES3)的另一端和第四电子开关(ES4)的另一端相连；其特征是：所述第一电子开关(ES1)、第四电子开关(ES4)为双向可控电子开关，第二电子开关(ES2)、第三电子开关(ES3)为单向可控电子开关；或者所述第二电子开关(ES2)、第三电子开关(ES3)为双向可控电子开关，第一电子开关(ES1)、第四电子开关(ES4)为单向可控电子开关；所述双向可控电子开关由一个半控器件可控硅与一个二极管反并联构成。
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