CN104393583A - 一种短路故障限流装置 - Google Patents

Abstract

一种短路故障限流装置，包括变阻抗变压器、整流滤波电路、瞬时功率吸收电路、双向直流/直流转换电路、并网逆变电路、智能测控单元、报警与分闸控制装置；　　　本发明是一种智能环保型短路故障限流装置,具有限制短路电流、过电流报警提示、降电流分闸、实时监测等功能，能有效保护电力变压器、配电线路和用电设备，且兼顾高可靠性、快速响应、低成本等性能优势，其正常工作时将从线路吸收的大量电能反馈给电网，在保护线路的同时，不造成能量损耗。本发明可实现工业化广泛应用。

Description

一种短路故障限流装置

技术领域

本发明涉及电力电子技术,具体来说，涉及一种短路故障限流装置。

背景技术

随着人类社会的发展和技术的进步，电力系统设备容量和单台设备的容量日益扩大，对配电线路的控制性能和安全性能也提出了更高的要求，配电线路容量的扩大使得配电线路的电流大范围增加，但目前采用的开关技术只是在线路出现短路故障时跳闸，对于工作于高负荷状况下的线路，直接分合闸使电流的变化率非常高，过高的电流变化率将产生危险的高压并出现拉弧现象，使设备或线路绝缘击穿，或损坏开关触点。

由于制造成本等原因，传统的机械开关仍大量使用在现代的电力系统当中，但机械开关有着其固有的缺陷，就是动作速度缓慢，无法实现在电流过零时切断线路，在线路出现短路故障时分闸容易损坏开关设备，因此在配电线路中加入先进的短路故障限流设备是十分必要的。

   目前众多的短路限流设备在可靠性、快速性、低成本均表现不佳，而且在正常工作时能量损耗巨大，难以达到工业化应用。因此需设计一种新型的短路故障限流器以满足现代供电需要。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了一种短路故障限流装置，用于对配电线路进行实时监测，在线路出现短路故障时限制短路电流，并提供降电流分闸，保护用电设备和开关设备。

本发明采用的技术方案：一种短路故障限流装置，其特征在于：其主电路组成包括变阻抗变压器、整流滤波电路、瞬时功率吸收电路、双向直流/直流转换电路、并网逆变电路；其中阻抗变压器串联在需要保护的母线上，阻抗变压器的输出与整流滤波电路连接，整流滤波电路与瞬时功率吸收电路连接，瞬时功率吸收电路与双向直流/直流转换电路连接，双向直流/直流转换电路与并网逆变电路连接。

上述变阻抗变压器、整流滤波电路、报警与分闸控制装置均采用市场上已有的成熟产品。

所述的瞬时功率吸收电路由全控型电力电子器件IGBT和电容阵列组成，充电可控，自动放电。瞬时功率吸收及电压变换电路可在短时间内存储大量电能并将所存储电能的电压调整到合适的电压输出到并网逆变电路;

所述的双向直流/直流转换电路由全控型电力电子器件IGBT、高频电感线圈、电容组成，可作为正向升压或逆向降压电路，并可连续调整输出的直流电压。

   所述的并网逆变电路由全控型电力电子器件IGBT、电感、电容组成，可根据需要调整为逆变状态或整流状态;并网逆变电路将变阻抗变压器从母线上吸收的能量反馈给电网。

所述的智能测控单元由高速数字信号处理芯片DSP及其外围辅助电路组成。负责存储用户设定，系统电量参数采集，根据系统工作情况计算产生并输出控制信号。智能测控单元实时监测母线回路的电流、电压、频率、相位等信息，并根据获取的信息和用户设定的保护值输出控制信号，报警与分闸控制装置提供报警输出和执行分闸的功能。

本发明是一种智能环保型短路故障限流装置,具有限制短路电流、过电流报警提示、降电流分闸、实时监测等功能，能有效保护电力变压器、配电线路和用电设备，且兼顾高可靠性、快速响应、低成本等性能优势，其正常工作时将从线路吸收的大量电能反馈给电网，在保护线路的同时，不造成能量损耗，可实现工业化广泛应用。与现有技术相比具有制造成本低、功能齐全、稳定可靠、使用方便、智能环保等优点。本发明可使用在单相和三相电力系统中，并达到工业化广泛应用。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为本发明在单相电力系统中应用的主回路原理图；

图3为本发明在三相电力系统中应用的主回路原理图；

图中：1—瞬时功率吸收电路、2—双向直流/直流转换电路、3—并网逆变电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

实施例一：本发明在单相电力系统中应用；

实施例二：  本发明在三相电力系统中应用；

　　以上实施例，如图1所示：一种短路故障限流装置包括变阻抗变压器、整流滤波电路、瞬时功率吸收电路、双向直流/直流转换电路、并网逆变电路、智能测控单元、报警与分闸控制装置；变阻抗变压器一次侧作为调整母线回路阻抗和后续电路的能量来源串联在被保护的母线回路中，二次侧输出到整流滤波电路，整流滤波电路将变阻抗变压器输出的交流电整流滤波为直流电后输出到瞬时功率吸收电路进行存储，然后输出到双向直流/直流转换电路进行电压调整，调整后的直流电输出到并网逆变电路，逆变为与电网电压相等、频率、相位相同的的正弦交流电后反馈给电网。

　　上述的变阻抗变压器、整流滤波电路、报警与分闸控制装置均采用市场上已有的成熟产品。

　　所述的瞬时功率吸收电路1由全控型电力电子器件IGBT和电容阵列组成，IGBT与电容串联连接。IGBT（图2中为Q2，图3中为Q10）的发射极与电容（图2中为C1，图3中为C5）阵列的正极相连，使用时IGBT的集电极连接到电路的正极，电容的负极连接到电路中的地，其连接方式如图2在单相电力系统中应用的主回路原理图和图3在三相电力系统中应用的主回路原理图中瞬时功率吸收电路1所示。

　所述的双向直流/直流转换电路2由全控型电力电子器件IGBT、高频电感线圈、电容组成，其中电感（图2中为L1，图3中为L4）的一端为输入，电感的另一端与一个IGBT（图2中为Q1，图3中为Q8）串联接地后，电感与IGBT的中间连接点再与一个反向的IGBT（图2中为Q2，图3中为Q9）串联，反向IGBT并联电容后输出。其连接方式如图2和图3中双向直流/直流转换电路2所示。

　所述的并网逆变电路3由全控型电力电子器件IGBT、电感、电容组成，其连接方式采用常规的单相或三相全桥逆变电路连接方式，如图2和图3中并网逆变电路3所示，输出端采用LC电路滤除高次谐波。

　　本发明的工作过程：如图2将变阻抗变压器串入单相交流母线中，并网逆变输出端接入电网，开机即可自动投用。如图3所示将3个变阻抗变压器的一次侧分别串入三相交流母线的相线中，并网逆变电路的输出端接入三相交流电网，开机即可自动投用。

当电力系统正常工作时，变阻抗变压器磁路进入饱和状态，变阻抗变压器一次侧两端的电压很低，不影响电力系统的正常使用，此时，变阻抗变压器二次侧从母线吸收能量较大，电压较低，经过整流滤波后输入到双向直流/直流变换电路，智能测控单元根据输入的电压调整PWM脉冲宽度将双向直流/直流变换电路的输出电压调整为稳定的较高电压的直流电，并控制并网逆变电路进行SPWM变换后反馈回交流电网，当电力系统发生短路故障时，智能测控单元控制并网逆变电路停止逆变并输出报警信号，此时，相当于变阻抗变压器二次侧开路，一次侧阻抗增大，从而限制短路电流，当电流降低到合适的值时输出分闸控制信号，并网逆变电电路停止逆变的同时变为整流滤波电路从交流电网吸收少量电能，经过双向直流/直流变换电路降压后作为智能测控单元的电源，维持本发明的系统继续正常工作。

本装置实时在线检测母线电流，根据用户设定的电流判定母线是否短路或严重过载，并根据情况实时调节变阻抗变压器在母线中的阻抗，以限制故障电流，并给出报警提示，瞬时功率吸收电路可以储存回路中的大功率脉冲电流，双向直流/直流转换电路将变阻抗变压器正常工作时从母线吸收的电能调整到合适的电压，并网逆变电路将双向直流/直流转换电路输出的直流电逆变为与电网同相位、等电压的交流电反馈给电网。

　　本发明通过具体实施过程进行说明的，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明专利进行各种变换及等同代替，因此，本发明专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本发明专利权利要求范围内的全部实施方案。

Claims (3)

1.一种短路故障限流装置,其特征在于包括变阻抗变压器、整流滤波电路、瞬时功率吸收电路、双向直流/直流转换电路、并网逆变电路、智能测控单元、报警与分闸控制装置；变阻抗变压器一次侧作为调整母线回路阻抗和后续电路的能量来源串联在被保护的母线回路中，二次侧输出到整流滤波电路，整流滤波电路将变阻抗变压器输出的交流电整流滤波为直流电后输出到瞬时功率吸收电路进行存储，然后输出到双向直流/直流转换电路进行电压调整，调整后的直流电输出到并网逆变电路，逆变为与电网电压相等、频率、相位相同的的正弦交流电后反馈给电网。

2.根据权利要求1所述的一种短路故障限流装置，其特征在于：瞬时功率吸收电路(1)由IGBT与电容串联连接。

3.根据权利要求1所述的一种短路故障限流装置，其特征在于：双向直流/直流转换电路(2)由电感、电容和IGBT组成，其中电感的一端为输入，电感的另一端与一个IGBT串联接地后，电感与IGBT的中间连接点再与一个反向的IGBT串联，反向IGBT并联电容后输出。