CN102882200B - 一种具有电流均衡效果的桥路型故障限流器 - Google Patents

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Abstract

一种具有电流均衡效果的桥路型超导故障限流器，包括第一、二桥臂、直流电感线圈和直流偏压源，第一桥臂由第一、第二二极管组成，第一二极管的阴极与第二二极管的阳极连接，第二桥臂由第三、第四二极管组成，第三二极管的阴极与第四二极管的阳极连接，第三二极管的阳极与直流电感线圈的一端连接，另一端与直流偏压源的正极连接，直流偏压源的负极与第二二极管的阴极连接，第一二极管的阴极和第四二极管的阳极用于与电网连接，在第一桥臂与第二桥臂之间设有耦合电感，耦合电感的原边的同名端与二极管的阳极连接，异名端与二极管的阳极连接，耦合电感的副边的同名端与二极管的阴极连接，异名端与二极管的阴极连接。

Description

一种具有电流均衡效果的桥路型故障限流器
技术领域
本发明涉及的是一种应用于交流供电系统的电力系统桥路型短路故障限流器，是一种使正常运行时桥路型故障限流器的两个桥臂具有均衡电流流效果的装置，属于交流输电技术的技术领域。
背景技术
由于电力系统容量增大，短路电流越来越大，不仅造成断路器无法断开，也会给电网带来更大的冲击，当前最常用的解决方法有增设电抗器，加大变压器电抗以及采用分裂及输电线路分列运行方式等等。这些方法不仅在故障时的增加了线路阻抗，在正常运行时的线路阻抗也被增加，而且也降低了电力系统质量和稳定性。通过熔断器限制短路电流的响应速度比较慢，因此一种在正常运行时处于小阻抗而故障时阻抗迅速增大的电气设备越来越需要。
近些年，随着电力电子、磁材料和超导材料等技术的发展，出现了多种故障限流设备。其中桥路型故障限流器具有在正常运行时的损耗低，发生故障后立即响应的属性，成为了在电力系统中控制故障电流水平的好的选择。
现有技术的桥路型故障限流器的基本结构图如图1所示，由四个二极管11、12、1 3、14、直流电感9和直流电压源10组成，给9提供偏流iL，其电压调到足以克服二极管对11和12或13和14的正向电压降，并调节偏置电流至设定值iO，设定值大于线路电流的峰值，并大于过载情况下的线路电流峰值，流过二极管11、12、13、14的电流总是为正，因此二极管总是导通的，因而限流器的阻抗很低，一旦发生短路故障，线路电流增加到iO，正负半周期间，总有一对二极管11和14或者12和13反向偏置处于关断状态，于是直流电感9自动接入电路，短路电流被电感9的电抗所限制，电感9只有一定的限流作用，故还需断路器在一定的时间内适时切断故障源。桥路型故障限流器在故障切除后能立即恢复为正常状态，特别在直流电感9用超导线材制作时，可以使超导线材一直保持为超导状态，不存在因失超恢复时间太长而引起的重合闸问题。
在电网正常运行时，二极管11、12、13、14均处于导通状态，当四个二极管的参数完全相同时，根据对称性，流过二极管11和二极管14的电流相等，流过二极管12和二极管13的电流相等，且数值分别为iL/2加上或减去电网电流的一半；但是，当四个二极管的参数不完全相同时，如：二极管11的导通内电阻大于二极管14的导通内电阻，则未发生故障时的桥臂上流通的电流就不具有对称性，桥路11和12上流通的电流小于桥路13和14上流通的电流。二极管11和12得不到有效利用。在现实中，不可能做到任意两个二极管的参数绝对相同，因此无法保证桥臂上流通的电流均衡。也就无法达到充分利用的目的。
发明内容
针对桥路型故障限流器的不足，本发明的目的在于提供一种具有均衡桥路电流效果的桥路型故障限流器，在电网正常运行时，保证四个二极管上的电流均衡的流通，提高二极管的利用效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种具有电流均衡效果的桥路型故障限流器，包括：第一桥臂、第二桥臂、直流电感线圈和直流偏压源，所述第一桥臂由第一二极管和第二二极管组成，第一二极管的阴极与第二二极管的阳极连接，所述第二桥臂由第三二极管和第四二极管组成，第三二极管的阴极与第四二极管的阳极连接，第三二极管的阳极与直流电感线圈的一端连接，直流电感线圈的另一端与直流偏压源的正极连接，直流偏压源的负极与第二二极管的阴极连接，第一二极管的阴极和第四二极管的阳极用于与电网连接，在第一桥臂与第二桥臂之间设有耦合电感，耦合电感的原边的同名端与二极管的阳极连接，异名端与二极管的阳极连接，耦合电感的副边的同名端与二极管的阴极连接，异名端与二极管的阴极连接，耦合电感的原边和副边的匝数相同。
本发明的特点在于：在原有桥路型限流器的基础上，其中的一对对角的二极管上串联原副边匝数相等耦合电感。通过耦合电感的作用，保证对角二极管上流通的电流相等，从而实现了电网正常运行状态时二极管的电流均衡效果。当电网发生短路故障时，对角二极管同时导通和关断，电流一直保持一致，所以不影响电网故障状态下的限流效果。
本发明不仅适用于二极管组成的桥路型限流器，也适用于晶闸管以及其他电力电子器件组成的桥路型限流器。本发明结构简单、易于实现、成本低、可靠性高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为现有的桥路型限流器的基本结构。
图2为具有电流均衡效果的桥路型限流器的基本结构。
图3为晶闸管组成的具有电流均衡效果的桥路型限流器的结构。
图4为电网处于正常状态时桥路型限流器左右桥臂导通内电阻不一致时加入耦合电感前后的二极管流通电流仿真图。
图5为电网处于正常状态时加入耦合电感的桥路型限流器左右桥臂导通内电阻不一致时的二极管导通电流仿真图。
图6为电网发生故障时加入耦合电感前后的桥路型限流器限流效果仿真图。
具体实施方式
一种具有电流均衡效果的桥路型超导故障限流器，包括：第一桥臂、第二桥臂、直流电感线圈1和直流偏压源2，所述第一桥臂由第一二极管3和第二二极管4组成，第一二极管3的阴极与第二二极管4的阳极连接，所述第二桥臂由第三二极管5和第四二极管6组成，第三二极管5的阴极与第四二极管6的阳极连接，第三二极管5的阳极与直流电感线圈1的一端连接，直流电感线圈1的另一端与直流偏压源2的正极连接，直流偏压源2的负极与第二二极管4的阴极连接，第一二极管3的阴极和第四二极管6的阳极用于与电网连接，在第一桥臂与第二桥臂之间设有耦合电感，耦合电感的原边7的同名端与二极管5的阳极连接，异名端与二极管3的阳极连接，耦合电感的副边8的同名端与二极管4的阴极连接，异名端与二极管6的阴极连接，耦合电感的原边7和副边8的匝数相同。在本实施例中，直流电感1是超导电感，或者，直流电感1是非超导电感。
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图2，直流电感1的一端连接二极管5的阳极，二极管5的阴极和二极管6的阳极相连；直流电感1的另一端连接直流电源2的正极，直流电源的负极和二极管4的阴极相连，二极管4的阳极连接二极管3的阴极；耦合电感的原边7的同名端连接二极管5的阳极，异名端连接二极管3的阳极；耦合电感的副边8的同名端连接二极管4的阴极，异名端连接二极管6的阴极；二极管3的阴极和二极管6的阳极串接在电网中。
当电网处于正常状态时，由于耦合变压器的作用，可以保证流过二极管3和二极管6电流相等，根据节点电流定律，流过二极管4和二极管5的电流相等；从而保证左右桥臂流过的电流平衡。当发生故障后，电网电流达到设定电流，此时只有二极管3和6或者二极管4和5导通。当二极管3和6导通时，由于串联作用，流过耦合电感两线圈7、8的电流相等，耦合线圈两端电压为0，不影响网络的运行；当二极管4和5导通时，由于二极管3和6关断，耦合线圈上不流通电流，也不影响网络的运行。
参照图4，为电网处于正常状态时未加入耦合电感的桥路型限流器左右桥臂导通内电阻不一致时的二极管导通电流仿真图，可以发现，当第一桥臂二极管11、12的导通内电阻为0.05mΩ，第二桥臂的二极管13、14的导通内电阻为0.08mΩ时，流过二极管11的电流比流过二极管14的电流大很多，流过二极管12的电流比流过二极管13的电流大很多。
参照图5，为电网处于正常状态时加入耦合电感的桥路型限流器左右桥臂导通内电阻不一致时的二极管导通电流仿真图，可以发现，在加入耦合电感以后，流过二极管3的电流和流过二极管6的电流基本一致，流过二极管3的电流和流过二极管4的电流基本一致，大大提高了左右桥臂的均流效果。
参照图6，为电网发生故障时加入耦合电感前后的桥路型限流器限流效果仿真图，图6的上图为未加入耦合电感的桥路型限流器的限制电网电流仿真图，随着短路时间的增加，短路电流不断增大；图6的下图为加入耦合电感的桥路型限流器的限制电网电流仿真图，与图6的上图曲线完全一致，桥路型限流器的限流效果并未因为耦合电感而受到影响。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种具有电流均衡效果的桥路型故障限流器，包括：第一桥臂、第二桥臂、直流电感线圈(1)和直流偏压源(2)，所述第一桥臂由第一二极管(3)和第二二极管(4)组成，第一二极管(3)的阴极与第二二极管(4)的阳极连接，所述第二桥臂由第三二极管(5)和第四二极管(6)组成，第三二极管(5)的阴极与第四二极管(6)的阳极连接，第三二极管(5)的阳极与直流电感线圈(1)的一端连接，直流电感线圈(1)的另一端与直流偏压源(2)的正极连接，直流偏压源(2)的负极与第二二极管(4)的阴极连接，第一二极管(3)的阴极和第四二极管(6)的阳极用于与电网连接，其特征在于，在第一桥臂与第二桥臂之间设有耦合电感，耦合电感的原边(7)的同名端与第三二极管(5)的阳极连接，异名端与第一二极管(3)的阳极连接，耦合电感的副边(8)的同名端与第二二极管(4)的阴极连接，异名端与第四二极管(6)的阴极连接，耦合电感的原边(7)和副边(8)的匝数相同。
2.根据权利要求1所述的具有电流均衡效果的桥路型故障限流器，其特征在于，直流电感(1)是超导电感。
3.根据权利要求1所述的具有电流均衡效果的桥路型故障限流器，其特征在于，直流电感(1)是非超导电感。
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