CN106300309A - 一种具有快速恢复能力的柔性直流电网故障限流器 - Google Patents

一种具有快速恢复能力的柔性直流电网故障限流器 Download PDF

Info

Publication number
CN106300309A
CN106300309A CN201610955396.4A CN201610955396A CN106300309A CN 106300309 A CN106300309 A CN 106300309A CN 201610955396 A CN201610955396 A CN 201610955396A CN 106300309 A CN106300309 A CN 106300309A
Authority
CN
China
Prior art keywords
winding
direct current
iron core
square shape
common
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610955396.4A
Other languages
English (en)
Inventor
李斌
何佳伟
李晔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201610955396.4A priority Critical patent/CN106300309A/zh
Publication of CN106300309A publication Critical patent/CN106300309A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H02H9/021Current limitation using saturable reactors

Abstract

本发明涉及一种具有快速恢复能力的柔性直流电网故障限流器,其特征在于,包括四个串联二极管组D1~D4,口字形铁芯,绕组L1和绕组L2,其中,四个串联二极管组D1~D4分别作为四个桥臂构成一个单相整流桥;绕组L1绕制在口字形铁芯的一侧,绕组与直流偏置电源Udc1串联之后,接在D1、D3的共阴极点P和D2、D4的共阳极点N之间;在口字形铁芯的另一侧绕制绕组L2;绕组L2与直流开关S串联后,接在直流电源Udc2的两端;L1和L2的绕制方向应确保产生的磁场方向相同。本发明能够实现故障后快速响应、与直流断路器高效配合、且能够在故障切除后快速恢复。

Description

一种具有快速恢复能力的柔性直流电网故障限流器
技术领域
[0001]本发明涉及电力系统保护控制领域,特别涉及一种适用于柔性直流电网的直流短路故障限流器。
背景技术
[0002]与传统交流电力系统相比,基于MMC换流器的柔性直流电网有利于提高输电容量、减少输电走廊,而且更加有利于实现风电、光伏等新能源发电的大规模集中接入;与常规直流输电系统相比,柔性直流电网则在可靠换相、无源网络供电、电能质量等方面具备突出优势。因此,柔性直流电网已成为未来电力系统发展的主要趋势之一,亦成为近年来国内外研究、应用的热点。
[0003]然而,不同于传统交流电力系统和常规直流输电系统,柔性直流电网发生直流故障以后,将会由于换流站子模块电容放电而在几个毫秒内快速达到几十倍于额定电流的过流峰值,其故障发展速度、过流危害均远远大于传统交流系统和常规直流系统。因此,为了保证电网的安全运行,并防止换流站过流闭锁而导致系统瘫痪,往往要求直流断路器能够在几个毫秒之内快速动作切除故障。
[0004]但是,有别于交流系统,直流电网内发生故障以后,故障电流无自然过零点,故障熄弧难度较大。因此,目前高压大容量的直流断路器工程应用技术尚不成熟。考虑到直流断路器的技术现状,直流限流器由于能够有效限制故障电流上升速度、故障过流水平,降低对直流断路器的动作速度和切除容量要求,并提高电网的故障穿越能力,因而成为柔性直流电网发展的关键技术。目前,直流限流器技术尚处于研究初期,已有的直流限流器很难满足柔性直流电网动作速度要求,也难以实现与直流断路器的有效配合,因此有必要设计一种适用于柔性直流电网的直流限流器。
发明内容
[0005]本发明提供一种能够实现故障后快速响应、与直流断路器高效配合、且能够在故障切除后快速恢复的直流限流器。技术方案如下:
[0006] —种具有快速恢复能力的柔性直流电网故障限流器,其特征在于,包括四个串联二极管组D1-D4,口字形铁芯,绕组L1和绕组L2,其中,
[0007]四个串联二极管组D1-D4分别作为四个桥臂构成一个单相整流桥,串联二极管组Di的阳极与D2阴极相连,Di与D3共阴极点P; D2与D4的共阳极点N,D4的阴极与D3阳极相连。而Di与02的公共连接点、D3与D4的公共连接点则分别与外部的直流线路相连;
[0008]绕组L1绕制在口字形铁芯的一侧,绕组与直流偏置电源瓜^串联之后,接在D^D3的共阴极点P和D2、D4的共阳极点N之间;
[0009]在口字形铁芯的另一侧绕制绕组L2;绕组L2与直流开关S串联后,接在直流电源Udc2的两端;LjPL2的绕制方向应确保产生的磁场方向相同。
[0010]本发明的优点主要包括:
[0011] I)正常运行时,限流器外特性不体现电感值,不会影响直流电网的稳定性以及动态响应速度。直流故障以后,一旦直流线路电流上升到偏置电流以上,具有较大电感值的绕组1^就会瞬间投入到故障回路中,起到限流作用。因此通过偏置电流的合理设置,能够实现超快速的故障响应。
[0012] 2) —旦直流断路器的主断路器动作以后,绕组1^将从故障回路中被瞬间旁路出去,限流器外特性不再体现电感值,因此不会对直流断路器的动作速度产生任何影响。
[0013] 3)如上所述,一旦直流断路器的主断路器动作,绕组L1就被瞬间旁路,因此在MOV投入和切除残余电流时均不会再产生暂态过电压。
[0014] 4)直流断路器切除故障以后,通过改变铁芯饱和状态,使L1电感值立即下降到很小的值,因此能够使其电流快速衰减到设定的偏置电流水平,从而实现了限流器的快速恢复。在瞬时性故障下,能够快速重新投入工作。
附图说明
[0015]图1直流限流器拓扑结构
[0016]图2直流限流器在柔性直流电网中的安装位置
[0017]图3铁芯磁化曲线
具体实施方式
[0018] 柔性直流电网发生直流故障以后,故障电流急剧上升。要求直流限流器能够在I毫秒以内(甚至更快)快速响应,体现出大电感特性,发挥限流作用。而在直流断路器主断路开始动作以后,又要求限流器能够快速恢复到低电感特性,从而避免对直流断路器动作速度造成不利影响,且不会产生暂态过电压。为此,本发明设计提出了一种适用于柔性直流电网的直流限流器。
[0019]具体拓扑结构如图1所示:
[0020]串联二极管组D1-D4分别作为四个桥臂构成一个单相整流桥。其中串联二极管组Di的阳极与D2阴极相连,Di的阴极与D3阴极相连;D4的阳极与D2阳极相连,D4的阴极与D3阳极相连。而0!与02的公共连接点、D3与D4的公共连接点则分别与直流线路相连。
[0021]绕组U(该绕组可以是铜绕组,为了降低损耗也可以使用超导绕组)绕制在口字形铁芯的一侧,绕组一端与D^D3的共阴极点P直接相连;而另一端则与直流偏置电源Udcl的负极相连;直流电源Udcl的正极则与02、D4的共阳极点N相连。
[0022]此外,在铁芯的另一侧绕制绕组L2(由于正常运行时该绕组不通电,因此仅需铜绕组即可)。绕组L2的一端与直流电源Udc2的正极相连;Udc2的负极与直流开关S相连后再与绕组1^的另一端相连。需要注意的是,如图1中所示,LjPL2的绕制方向必须确保产生的磁场方向相同。
[0023] 上述直流限流器工作原理为:
[0024]如图2所示,直流限流器安装在直流母线出口与直流断路器(以目前最具应用前景的混合式直流断路器为例)之间。正常运行时,直流开关S处于打开状态,因此铁芯处于图3中^点所示的非饱和状态。此时,绕组L1体现出较大电感值。但是,由于直流线路电流一直小于直流偏置电源UdcUfe生的偏置电流,因此此时绕组1^体现出的电感并未接入到直流线路中,不会对直流电网的稳定性、动态响应等产生不利影响。
[0025] 直流电网发生直流故障以后,一旦直流电流上升到偏置电流以上,绕组1^就自动被瞬间接入到直流故障回路,起到限流作用。需要注意的是,上述正常运行及故障限流期间,直流开关S—直处于打开状态,从而确保绕组1^在投入故障回路瞬间就具备较大的电感值。而且通过相关参数的合理设计,在限流期间,可使铁芯一直处于非饱和状态,如图3中出点至H2点所示。因此绕组L1 一直能够保持较大的电感值,从而起到最佳限流效果。
[0026]此后,选择性保护动作,使故障线路两端直流断路器主断路器断开。结合目前最为典型的混合式直流断路器工作原理可知,一旦直流断路器主断路器跳开,MOV投入,直流线路故障电流就会开始下降,从而使得绕组L1两侧电压Vu必然不大于零,因此D1-D4将在直流偏置电源作用下再次全部导通,绕组L1被瞬间从故障回路中旁路出去。也就是说,一旦直流断路器主断路器断开,该直流限流器的绕组1^就会从故障回路中被快速旁路出去,因此不会对直流断路器的动作速度产生任何影响,而且也不会在MOV投入瞬间和残余电流切除瞬间产生暂态过电压。
[0027]当直流断路器动作切除故障线路以后,闭合直流开关S,铁芯将在绕组1^流经的直流电流偏置作用下快速进入如图3中H3点所示的深度饱和状态,铁芯磁导率快速减小,从而使得绕组L1的电感值迅速下降。因此绕组L1上的电流经二极管通态电阻、直流电源内阻衰减时的衰减时间常数大大减小,能够快速衰减到偏置电流值。从而保证限流器能够在瞬时性故障情况下迅速恢复到正常工作状态。

Claims (1)

1.一种具有快速恢复能力的柔性直流电网故障限流器,其特征在于,包括四个串联二极管组Di〜D4,口字形铁芯,绕组L1和绕组L2。其中, 四个串联二极管组Di〜D4分别作为四个桥臂构成一个单相整流桥,串联二极管组04勺阳极与D2阴极相连,Di与D3共阴极点P;D2与D4的共阳极点N,D4的阴极与D3阳极相连。而Di与D2的公共连接点、D3与D4的公共连接点则分别与外部的直流线路相连; 绕组L1绕制在口字形铁芯的一侧,绕组与直流偏置电源Udcl串联之后,接在D1J3的共阴极点P和D2、D4的共阳极点N之间; 在口字形铁芯的另一侧绕制绕组L2;绕组L2与直流开关S串联后,接在直流电源Udc2的两端;LjPL2的绕制方向应确保产生的磁场方向相同。
CN201610955396.4A 2016-10-27 2016-10-27 一种具有快速恢复能力的柔性直流电网故障限流器 Pending CN106300309A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610955396.4A CN106300309A (zh) 2016-10-27 2016-10-27 一种具有快速恢复能力的柔性直流电网故障限流器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610955396.4A CN106300309A (zh) 2016-10-27 2016-10-27 一种具有快速恢复能力的柔性直流电网故障限流器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106300309A true CN106300309A (zh) 2017-01-04

Family

ID=57719035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610955396.4A Pending CN106300309A (zh) 2016-10-27 2016-10-27 一种具有快速恢复能力的柔性直流电网故障限流器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106300309A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108196177A (zh) * 2017-12-26 2018-06-22 华北电力大学 一种半导体组件性能测试系统
CN108418196A (zh) * 2018-01-17 2018-08-17 天津大学 适用于柔性直流电网的电流转移型故障限流器及其控制方法
CN109038524A (zh) * 2018-08-13 2018-12-18 西安交通大学 一种电流双向低压直流配电系统用主动控制式限流保护器及其工作方法
CN110829396A (zh) * 2019-11-18 2020-02-21 武汉大学 基于限流器和断路器的混合直流输电故障处理系统及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1728495A (zh) * 2004-07-28 2006-02-01 北京云电英纳超导电缆有限公司 快速限流型超导故障限流器
CN101034803A (zh) * 2007-01-23 2007-09-12 南京师范大学 基于整流桥和双向开关切换的故障限流方法与装置
CN101707364A (zh) * 2009-12-01 2010-05-12 河北旭辉电气股份有限公司 自触发式直流电抗器型限流器及其应用
CN104836216A (zh) * 2015-05-29 2015-08-12 东南大学 一种饱和铁芯型故障限流器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1728495A (zh) * 2004-07-28 2006-02-01 北京云电英纳超导电缆有限公司 快速限流型超导故障限流器
CN101034803A (zh) * 2007-01-23 2007-09-12 南京师范大学 基于整流桥和双向开关切换的故障限流方法与装置
CN101707364A (zh) * 2009-12-01 2010-05-12 河北旭辉电气股份有限公司 自触发式直流电抗器型限流器及其应用
CN104836216A (zh) * 2015-05-29 2015-08-12 东南大学 一种饱和铁芯型故障限流器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
徐丙垠等: "智能配电网讲座 第五讲 柔性配电与故障电流限制技术", 《供用电》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108196177A (zh) * 2017-12-26 2018-06-22 华北电力大学 一种半导体组件性能测试系统
CN108418196A (zh) * 2018-01-17 2018-08-17 天津大学 适用于柔性直流电网的电流转移型故障限流器及其控制方法
CN109038524A (zh) * 2018-08-13 2018-12-18 西安交通大学 一种电流双向低压直流配电系统用主动控制式限流保护器及其工作方法
CN110829396A (zh) * 2019-11-18 2020-02-21 武汉大学 基于限流器和断路器的混合直流输电故障处理系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN208522665U (zh) 转换器装置
RU2592640C2 (ru) Линейный защитный автомат постоянного напряжения
CN106300309A (zh) 一种具有快速恢复能力的柔性直流电网故障限流器
CN103647248B (zh) 一种高压直流快速断路器
CN102790382B (zh) 一种限流软开断装置
CN103632895B (zh) 一种直流断路器
EP3363092B1 (en) Method and arrangement for facilitating clearing of a pole fault and isolation of a faulted pole in a power transmission system
CN105281287B (zh) 一种基于晶闸管的具备双向阻断功能的直流断路器拓扑
CN108092243B (zh) 一种电容缓冲型混合式直流断路器
CN107039959A (zh) 一种基于整流电容电流自然换流的短路故障限制器
CN109066600B (zh) 一种限流阻容支路、阻容式直流断路器及参数选择方法
CN106571620A (zh) 一种双端柔性直流输电系统直流线路接地短路的故障判定方法
WO2012092698A1 (zh) 一种三相电流限制装置及方法
CN106786349A (zh) 一种辅助换流模块及高压直流断路器
CN202712844U (zh) 带旁路保护的电阻法抑制变压器中性点直流电流的装置
CN102324755B (zh) 双馈风力发电系统的低电压穿越控制方法及装置
CN105490244A (zh) 一种z源直流断路器
EP3745440A1 (en) Oscillating dc circuit breaker based on vacuum interupter with magnetic blow intergrated and breaking method thereof
CN108683158B (zh) 一种直流断路器
Xue et al. Fault location principle and 2-step isolation scheme for a loop-type DC grid
CN211089218U (zh) 大容量高可靠快速电源切换装置
CN106410837A (zh) 双极柔性直流输电系统及其换流站
CN104134979B (zh) 一种谐振式超导短路故障限流器
CN103633632B (zh) 一种饱和桥式短路故障限流器
CN206250768U (zh) 一种限流式统一电能质量控制器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170104