CN104184135B - 一种hvdc直流限流器拓扑 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种HVDC直流限流器拓扑，所述直流限流器包括并联的IGBT串，在所述IGBT串的中间位置连接反向并联的电抗器二极管组，形成桥式结构；所述桥式结构与旁路开关并联。本发明提供的直流限流器安装于逆变站直流出口处，在系统正常工作时旁路，在系统故障时投入运行，通过在两种电流流通路径间按一定频率不断切换，限制直流电流上升，可有效缩短流过关断阀的电流变为零的时间，降低传统直流输电换相失败的概率。

Description

一种HVDC直流限流器拓扑
技术领域
本发明涉及一种输配电技术领域的装置，具体讲涉及一种HVDC直流限流器拓扑。
背景技术
高压直流输电以其技术上和经济上的独特优势，在远距离、大容量输电中得到了广泛的应用。但现有的高压直流输电采用无自关断能力的晶闸管作为换流元件，需借助一定强度的交流系统实现换相，这就使得直流连接弱交流系统或交流系统出现故障时极易引起直流系统换相失败。
影响换相失败的因素包括：直流电流IdL、越前触发角β、换流母线线电压UL、换流变压器变比k和换相电抗XC等，以上因素均会影响逆变器的关断角，从而影响换相。例如，当系统发生某种故障或传输功率增大而使直流电流IdL增大时，流过换流阀的电流将增大，这将延长流过关断阀的电流变为零的时间，使得换相角μ增大，关断角γ减小，系统容易发生换相失败。
因此，需要提供一种能够在故障时动作限制直流电流，缩短换相时间，降低直流输电换相失败概率的直流限流器。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种HVDC直流限流器拓扑。
实现上述目的所采用的解决方案为：
一种HVDC直流限流器拓扑，其改进之处在于：所述直流限流器包括并联的IGBT串，在所述IGBT串的中间位置连接反向并联的电抗器二极管组以形成桥式结构；
所述桥式结构与旁路开关并联。
进一步的,所述IGBT串的个数为2N。
进一步的,两串所述IGBT串的中点用所述电抗器二极管组连接构成所述桥式结构。
进一步的,所述电抗器二极管组包括两组串联的电抗器和二极管，两组所述串联电抗器和二极管反向并联；
一组所述串联的电抗器和二极管与另一组所述串联的电抗器和二极管的一端通过电抗器与电抗器连接，另一端通过二极管与二极管连接。
进一步的,所述直流限流器安装于直流输电系统的逆变站直流出口处。
进一步的,所述直流输电系统正常运行时，电流通过所述旁路开关流通。
进一步的,所述直流输电系统故障时，电流由所述旁路开关切换到桥式结构中，在两种流通路径中不断切换直至故障结束。
进一步的,所述流通路径中的第一种路径为：触发导通所述IGBT串的第一IGBT串流入侧的IGBT和第二IGBT串流出侧的IGBT，形成“第一IGBT串流入侧的IGBT-串联的电抗器和二极管-第二IGBT串流出侧的IGBT”的电流流通路径。
进一步的,所述流通路径中的第二种路径为：触发导通所述IGBT串的第二IGBT串流入侧的IGBT和第一IGBT串流出侧的IGBT，形成“第二IGBT串流入侧的IGBT-串联的电抗器和二极管-第一IGBT串流出侧的IGBT”的电流流通路径。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的直流限流器应用于传统高压直流输电中，安装于逆变站直流出口处，在系统正常工作时旁路，在系统故障时投入运行，通过在两种电流流通路径间按一定频率不断切换，限制直流电流上升，可有效缩短流过关断阀的电流变为零的时间，降低传统直流输电换相失败的概率。
2、通过在现有的直流输电系统的逆变站直流出口处安装本发明提供的直流限流器，无需对线路本身做改动，在不增加额外负担的情况下即可达到缩短流过关断阀的电流变为零的时间，降低传统直流输电换相失败的概率的效果。
3、本发明提供的直流限流器拓扑根据电感通低频阻高频的特性，利用全控开关将直流电流转变为交变电流，最终达到电感限制直流的目的，限流器在其工作过程中不额外消耗有功功率。
4、本发明提供的直流限流器应用于传统高压直流输电中，安装于逆变站直流出口处，在系统正常工作时旁路，在系统故障时投入运行用于限制直流电流上升，相比于传统直流输电中低压限流控制(Voltage Dependent Current Order Limiter,VDCOL)动作响应更迅速，可以更快的限制电流上升的速度及幅值，为直流控制系统快速动作提供了更加充裕的时间，便于换相成功。
附图说明
图1为本实施例中直流限流器的拓扑结构图；
图2为本实施例中直流限流器旁路时电流流通路径示意图；
图3为本实施例中故障时直流限流器投入运行电流流通路径1示意图；
图4为本实施例中故障时直流限流器投入运行电流流通路径2示意图；
图5为本实施例中直流限流器应用场景示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
本发明提供了一种能够限制直流电流，降低传统直流输电换相失败概率的直流限流器拓扑。该直流限流器包括：并联的IGBT串，在所述IGBT串的中间位置连接反向并联的电抗器二极管组，形成桥式结构；所述桥式结构与旁路开关并联。
IGBT串的个数为2N，N为正整数。两串所述IGBT串的中点用所述电抗器二极管组连接构成所述桥式结构，即IGBT串的第一IGBT串的第N个IGBT和第N+1个IGBT与第二IGBT串的第N个IGBT和第N+1个IGBT的中间连接所述电抗器二极管组，构成所述桥式结构，N为正整数。
所述电抗器二极管组包括两组串联的电抗器和二极管，两组所述串联电抗器和二极管反向并联；第一组串联的电抗器和二极管与第二组串联的电抗器和二极管的一端通过电抗器与电抗器连接，另一端通过二极管与二极管连接。
本发明提供的直流限流器安装于直流输电系统的逆变站直流出口处。
所述直流输电系统正常运行时，电流通过所述旁路开关流通。所述直流输电系统故障时，电流由所述旁路开关切换到桥式结构中，在两种流通路径中不断切换直至故障结束。
所述流通路径中的第一种路径为：触发导通所述IGBT串的第一IGBT串流入侧的IGBT和第二IGBT串流出侧的IGBT，形成“第一IGBT串流入侧的IGBT-串联的电抗器和二极管-第二IGBT串流出侧的IGBT”的电流流通路径。即形成“第一IGBT串第1～N个IGBT-串联的电抗器和二极管-第二IGBT串的第N+1～2N个IGBT”的电流流通路径。
所述流通路径中的第二种路径为：触发导通所述IGBT串的第二IGBT串流入侧的IGBT和第一IGBT串流出侧的IGBT，形成“第二IGBT串流入侧的IGBT-串联的电抗器和二极管-第一IGBT串流出侧的IGBT”的电流流通路径。即形成“第二IGBT串第1～N个IGBT-串联的电抗器和二极管-第一IGBT串的第N+1～2N个IGBT”的电流流通路径。
如图1所示，图1为本实施例中直流限流器的拓扑结构图；图中，IGBT11、IGBT22串联构成第一IGBT串，IGBT21、IGBT12串联构成第二IGBT串，第一IGBT串与第二IGBT串形成IGBT组；D1、D2为晶闸管；L1、L2为电抗器，L1和D1形成一组串联的电抗器和二极管，L2和D2形成另一组串联的电抗器和二极管，MOV为旁路开关；虚线表示电流流通路径。
本实施例中提供的直流限流器能够限制直流短路电流，降低传统直流输电换相失败概率。对正常工作和系统故障情况分别进行说明。
系统正常工作：
系统正常工作时，直流限流器被旁路，电流经过旁路开关MOV流通。
如图2所示，图2为本实施例中直流限流器旁路时电流流通路径示意图；IGBT均闭锁，桥式结构中无电流流通。
系统故障：
系统故障时，直流限流器监测到故障发生，断开旁路开关MOV，将直流电流转移到桥式结构中，在桥式结构中，电流有两种电流流通路径。
如图3、4所示，图3、4分别为本实施例中故障时直流限流器投入运行电流流通路径1和路径2示意图；触发导通IGBT11、IGBT12，形成IGBT11-L1-D1-IGBT12电流流通路径，即路径1；随后触发导通IGBT21、IGBT22，形成IGBT21-D2-L2-IGBT22电流流通路径，即路径2。
由于电感L会短时起到限制直流电流作用，一旦电流稳定，电感L相当于导线，因此利用对IGBT的触发控制，在故障期间使电流流通路径在图3、4两种路径间按照一定频率切换，将直流电流变为交变电流，从而电感L起到限制电流增加的目的。
如图5所示，图5为本实施例中直流限流器应用场景示意图；图中，该直流限流器应用于传统高压直流输电中，安装于逆变站直流出口处，在系统正常工作时旁路，在系统故障时投入运行。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种HVDC直流限流器拓扑，其特征在于：所述直流限流器包括并联的IGBT串，在所述IGBT串的中间位置连接反向并联的电抗器二极管组以形成桥式结构；
所述IGBT串的个数为2N；
所述桥式结构与旁路开关并联；
所述电抗器二极管组包括两组串联的电抗器和二极管，两组所述串联电抗器和二极管反向并联；
一组所述串联的电抗器和二极管与另一组所述串联的电抗器和二极管的一端通过电抗器与电抗器连接，另一端通过二极管与二极管连接。
2.如权利要求1所述的一种HVDC直流限流器拓扑，其特征在于：两串所述IGBT串的中点用所述电抗器二极管组连接构成所述桥式结构。
3.如权利要求1所述的一种HVDC直流限流器拓扑，其特征在于：所述直流限流器安装于直流输电系统的逆变站直流出口处。
4.如权利要求3所述的一种HVDC直流限流器拓扑，其特征在于：所述直流输电系统正常运行时，电流通过所述旁路开关流通。
5.如权利要求3所述的一种HVDC直流限流器拓扑，其特征在于：所述直流输电系统故障时，电流由所述旁路开关切换到桥式结构中，在两种流通路径中不断切换直至故障结束。
6.如权利要求5所述的一种HVDC直流限流器拓扑，其特征在于：所述流通路径中的第一种路径为：触发导通所述IGBT串的第一IGBT串流入侧的IGBT和第二IGBT串流出侧的IGBT，形成“第一IGBT串流入侧的IGBT-串联的电抗器和二极管-第二IGBT串流出侧的IGBT”的电流流通路径。
7.如权利要求6所述的一种HVDC直流限流器拓扑，其特征在于：所述流通路径中的第二种路径为：触发导通所述IGBT串的第二IGBT串流入侧的IGBT和第一IGBT串流出侧的IGBT，形成“第二IGBT串流入侧的IGBT-串联的电抗器和二极管-第一IGBT串流出侧的IGBT”的电流流通路径。
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