CN102255298B

CN102255298B - 一种电力电子故障限流器

Info

Publication number: CN102255298B
Application number: CN201110183486.3A
Authority: CN
Inventors: 郭文勇; 肖立业; 戴少涛; 张志丰
Original assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2031-07-01
Also published as: CN102255298A

Abstract

一种电力电子故障限流器，采用单元化的结构设计，每个单元由限流电阻和电流电感支路组成，限流电感支路提供暂态限流阻抗，限制故障电流的上升速率，而由晶闸管组成的开关在电网线电流的幅值降到零时自然切断限流电感支路，由限流电阻限制故障电流，同时限流电阻还起到单元均压的作用，从而方便对该单元进行串联，从而满足更高电压等级的需求。

Description

一种电力电子故障限流器

技术领域

本发明涉及一种电力电子故障限流器。

背景技术

随着国民经济的快速发展，社会对电力需求不断增加，带动了电力系统的不断发展，单机和发电厂容量、变电所容量、城市和中心负荷不断增加，就使得电力系统之间互联，各级电网中的短路电流水平不断提高，短路故障对电力系统及其相连的电气设备的破坏性也越来越大。而且，在对电能需求量日益增长的同时，人们对电能质量、供电可靠性和安全性等也提出了更高的要求。然而，大电网的暂态稳定性问题比较突出，其中最重要的原因之一是由于常规电力技术缺乏行之有效的短路故障限流技术。目前，世界上广泛采用断路器对短路电流全额开断，由于短路电流水平与系统的容量直接相关，在断路器的额定开断电流水平一定的情况下，采用全额开断短路电流将会限制电力系统容量的增长，并且断路器价格随着其额定开断电流的增加而迅速上升。随着电网容量和规模的扩大，这一问题将变得更加严重。

短路故障限流器是解决这一问题的有效途径。它通过在电网发生短路时，在故障线路中串入阻抗来限制故障电流，以达到保护电力设备和使断路器能可靠开断的目的。图1所示为美国专利U.S5,726,848“故障限流器和交流断路器”的拓扑结构图。美国专利U.S 5,726,848采用一种单相晶闸管整流桥结构，将限流电感并联在整流桥的直流端，通过控制晶闸管的移相角来限制故障电流。该专利的主要问题是谐波含量高，对负载的影响较大；同时控制方法较复杂，可靠性低。图2为日本专利JP2000,4534“限流装置”的拓扑结构图。日本专利JP2000,4534采用单相不控整流桥结构，在桥路的直流端并联限流电感和正温度系数(PTC)电阻，以达到同时限制故障电流的暂态值和稳态值的作用。由于正温度系数电阻通过温升来提高电阻值，其响应速度较慢，同时每相电路均需要一个限流电阻，成本较高。图3所示为中国专利CN100452608C“具有单个自开关的桥式短路故障限流装置”的一个拓扑结构图。此专利采用在单相不控整流桥的直流端并联限流电感和开关，交流段并联限流电感的结构。该结构在开关关断时，会造成电网电流的突变，电网电流的突变会在电网阻抗上感应出过电压，该过电压作用在整流桥上，将威胁限流器本身的安全运行。

发明内容

为了克服已有技术的不足，本发明提供了一种电力电子故障限流器。本发明采用单元化的结构设计，每个单元由限流电阻和电流电感支路组成，限流电感支路提供暂态限流阻抗，限制故障电流的上升速率，而由晶闸管组成的开关在电网线电流的幅值降到零时自然切断限流电感支路，由限流电阻限制故障电流，同时限流电阻还起到单元均压的作用，从而方便对该单元进行串联，从而满足更高电压等级的需求。

本发明的结构如下：所述电力电子故障限流器由多个限流单元组成，在一个限流单元中，第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管组成二极管整流器；第一二极管和第二二极管的阴极连在一起，构成第一直流连接点，第三二极管和第四二极管的阳极连在一起，构成第二直流连接点，限流电感的两端与第一直流连接点和第二直流连接点相连，第三二极管的阴极和第一二极管的阳极连接在一起，构成第一交流连接点，第四二极管的阴极和第二二极管的阳极连接在一起，构成第二交流连接点；第一晶闸管和第二晶闸管反并联构成第一开关，第一开关的一端与限流电阻的一端相连，构成第一对外连接点，第一开关的另一端与第一交流连接点相连；限流电阻的另一端与第二交流连接点相连，构成第二对外连接点；多个限流单元相互串联形成一个整体，第一限流单元的第二对外连接点和第二限流单元的第一对外连接点相连，第二限流单元的第二对外连接点和第三限流单元的第一对外连接点相连，其余限流单元的相互连接的方式以此类推，第一个限流单元的第一对外连接点与电网相连，最后一个限流单元的第二个对外连接点与负载相连；开关或用其他类型的电力电子开关及机械开关，限流电阻或为阻抗。

对本结构形式的电力电子故障限流器的控制方法如下：在正常状态下，限流单元内部的第一开关闭合，限流电感通过第一二极管整流器与电网相连，限流电感的电流被充电到电网线电流的幅值附近，对电网的等效阻抗很小，对电网的正常工作不产生影响，限流单元内部的限流电阻被旁路，对电网的影响很小；当电网发生过流时，限流电感被自动串入电网，起到了限制电网电流的作用，但是如果不采取其他措施，限流电感电流会被逐渐充至故障电流的最大值，限流能力将不断降低，为了保证限流单元稳态限流能力，移除限流单元内部的第一开关的触发脉冲，第一开关在电网线电流的幅值下降到零后自然关断，由于第一开关在线电流为零时自然关断，因此不产生电流突变，不会引起电网过电压，同时由于电网线电流降到零后限流电阻才单独串入电网，由于线电流很小，此时限流电阻上的电压很小，即使各个限流单元内部的第一开关关断的时间不完全一致，先关断的限流单元也不会承受过高的电压而遭破坏；在各个限流单元内部的第一开关关断后，电网通过限流电阻进行限流，各个限流单元通过限流电阻来实现均压，从而可以保证各个限流单元的电压均衡，防止个别限流单元承受过高的电压而损坏。

附图说明

图1为美国专利U.S 5,726,848“故障限流器和交流断路器”的拓扑结构图；

图2为日本专利JP2000,4534“限流装置”的拓扑结构图；

图3中国专利CN100452608C“具有单个自开关的桥式短路故障限流装置”的一个拓扑结构图；

图4为本发明的限流单元内部的拓扑结构；

图5为本发明的限流单元内部及与电网的连接方式。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

图4和图5为本发明的实施例1的内部及外部的电路结构。如图4所示，在一个限流单元中，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4组成二极管整流器Rf1；第一二极管D1和第二二极管D2的阴极连在一起，构成第一直流连接点PD1，第三二极管D3和第四二极管D4的阳极连在一起，构成第二直流连接点PD2，限流电感Ls的两端与第一直流连接点PD1和第二直流连接点PD2相连，第三二极管D3的阴极和第一二极管D1的阳极连接在一起，构成第一交流连接点PA1，第四二极管D4的阴极和第二二极管D2的阳极连接在一起，构成第二交流连接点PA2；第一晶闸管T1和第二晶闸管T2反并联构成第一开关S1，第一开关S1的一端与限流电阻R的一端相连，构成第一对外连接点PO1，第一开关S1的另一端与第一交流连接点PA1相连；限流电阻R的另一端与第二交流连接点PA2相连，构成第二对外连接点PO2；如图5所示，多个限流单元相互串联形成一个整体，第一限流单元的第二对外连接点PO2和第二限流单元的第一对外连接点PO1相连，第二限流单元的第二对外连接点PO2和第三限流单元的第一对外连接点PO1相连，其余限流单元的相互连接的方式以此类推，第一个限流单元的第一对外连接点PO1与电网相连，最后一个限流单元的第二个对外连接点PO2与负载相连。

该实施例的具体实施方式如下：在正常状态下，限流单元内部的第一开关S1闭合，限流电感Ls通过二极管整流器Rf与电网相连，限流电感Ls的电流被充电到电网线电流的幅值附近，对电网的等效阻抗很小，对电网的正常工作不产生影响，限流单元内部的限流电阻R被旁路，对电网的影响很小；当电网发生过流时，限流电感被自动串入电网，起到了限制电网电流的作用，但是如果不采取其他措施，其电流会被逐渐充至故障电流的最大值，限流能力将不断降低，为了保证其稳态限流能力，移除限流单元内部的第一开关S1的触发脉冲，第一开关S1在电网线电流的幅值下降到零后自然关断，由于第一开关S1在线电流为零时自然关断，因此不产生电流突变，不会引起电网过电压，同时由于电网线电流降到零后限流电阻R才单独串入电网，由于线电流很小，此时限流电阻R上的电压很小，即使各个限流单元内部的第一开关S1关断的时间不完全一致，先关断的限流单元也不会承受过高的电压而遭破坏；在各个限流单元内部的第一开关S1关断后，电网通过限流电阻R进行限流，各个限流单元通过限流电阻R来实现均压，从而可以保证各个限流单元的电压均衡，防止个别限流单元承受过高的电压而损坏。

Claims

1.一种电力电子故障限流器，其特征在于所述的电力电子故障限流器由多个限流单元组成，在一个限流单元中，第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）和第四二极管（D4）组成二极管整流器（Rf）；第一二极管（D1）和第二二极管（D2）的阴极连在一起，构成第一直流连接点（PD1），第三二极管（D3）和第四二极管（D4）的阳极连在一起，构成第二直流连接点（PD2），限流电感（Ls）的两端与第一直流连接点（PD1）和第二直流连接点（PD2）相连，第三二极管（D3）的阴极和第一二极管（D1）的阳极连接在一起，构成第一交流连接点（PA1），第四二极管（D4）的阴极和第二二极管（D2）的阳极连接在一起，构成第二交流连接点（PA2）；第一晶闸管（T1）和第二晶闸管（T2）反并联构成第一开关（S1），第一开关（S1）的一端与限流电阻（R）的一端相连，构成第一对外连接点（PO1），第一开关（S1）的另一端与第一交流连接点（PA1）相连；限流电阻（R）的另一端与第二交流连接点（PA2）相连，构成第二对外连接点（PO2）；多个限流单元相互串联形成一个整体，第一限流单元的第二对外连接点（PO2）和第二限流单元的第一对外连接点（PO1）相连，第二限流单元的第二对外连接点（PO2）和第三限流单元的第一对外连接点（PO1）相连，其余限流单元的相互连接的方式以此类推，第一个限流单元的第一对外连接点（PO1）与电网相连，最后一个限流单元的第二个对外连接点（PO2）与负载相连；第一开关（S1）为电力电子开关或机械开关，限流电阻为阻抗。

2.根据权利要求1所述的电力电子故障限流器，其特征在于针对所述的电力电子故障限流器的控制方式如下：在正常状态下，限流单元内部的第一开关（S1）闭合，限流电感（Ls）通过二极管整流器（Rf1）与电网相连，限流电感（Ls）的电流被充电到电网线电流的幅值附近，对电网的等效阻抗很小，对电网的正常工作不产生影响，限流单元内部的限流电阻（R）被旁路，对电网的影响很小；当电网发生过流时，限流电感（Ls）被自动串入电网，起到了限制电网电流的作用，但限流电感（Ls）的电流会被逐渐充至故障电流的最大值，限流能力将不断降低，为了保证所述限流单元的稳态限流能力，移除限流单元内部的第一开关（S1）的触发脉冲，第一开关（S1）在电网线电流的幅值下降到零后自然关断；在各个限流单元内部的第一开关（S1）关断后，电网通过限流电阻（R）进行限流，各个限流单元通过限流电阻（R）来实现均压，从而可以保证各个限流单元的电压均衡，防止个别限流单元承受过高的电压而损坏。