CN107769181A - 一种基于脉冲变压器的桥式限流器 - Google Patents

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魏晓光
赵岩
张升
汤广福
贺之渊
高阳
客金坤
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Abstract

本发明提供了一种基于脉冲变压器的桥式限流器，包括脉冲变压器和全桥电路；脉冲变压器的原边绕组接入电力系统的输电线路中，副边绕组与全桥电路并联；当电力系统正常运行时全桥电路处于低阻抗运行模式，脉冲变压器的原边绕组传输负荷电流；当电力系统发生故障时全桥电路处于限流运行模式，脉冲变压器的原边绕组阻抗增大抑制故障电流。与现有技术相比，本发明提供的一种基于脉冲变压器的桥式限流器，采用脉冲变压器和全桥电路结合的方式，通过改变全桥电路的运行模式调节原边绕组的阻抗值，使得其可以传输负荷电流和抑制故障电流，操作简单易行。

Description

一种基于脉冲变压器的桥式限流器
技术领域
本发明涉及交直流输电及电力电子技术领域，具体涉及一种基于脉冲变压器的桥式限流器。
背景技术
电力系统故障后产生的故障电流会对电力设备的正常运行造成极大地电流冲击，使得电力设备承受较大的热应力和电动力，并在电力系统的感性设备上产生较高的过电压。同时，故障电流会对电流分断设备的研制提出极高的技术要求，例如对直流断路器等电流分断设备。
目前一般在电力系统中安装电流限制器起到降低故障电流的目的。传统的故障电流限制器主要为超导限流器，但由于超导材料需要在极低温度下才能起作用，电力系统正常运行过程中的稳态电流会在超导材料上产生较大的热损耗，容易造成超导失超现象，因此需要对其进行低温冷却，这又降低了超导限流器的可靠性。
文献《Improvement of Power System Transient Stability Using aControllable Resistor Type Fault Current Limiter》提出的一种基于变压器的混合式限流器，主要包括变压器、无感超导线圈、可关断器件和电阻，无感超导线圈和电阻串联组成限流单元，可关断器件与电阻并联。变压器的原边接入电力系统电路中，副边引出多组线圈接入多组限流单元。电力系统正常运行时可关断器件处于开通状态，无感超导线圈处于超导状态，变压器副边处于极低阻抗，因此感应在原边的阻抗也极低。电力系统发生故障时由于故障电流过大，通过闭锁可关断器件，将限流单元插入电力系统回路限制故障电流。但是这种混合式限流具有下述缺陷：一是无感超导线圈需要低温冷却保持超导状态，若发生冷却故障，将造成无感超导线圈失超增大变压器副边阻抗，进而引起原边阻抗增大，造成限流器运行故障。二是变压器可能影响限流效果，降低限流的灵活性，同时变压器体积过大，不利于电力设备集成和布局。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于脉冲变压器的桥式限流器。
本发明的技术方案是：
所述桥式限流器包括脉冲变压器和全桥电路；所述脉冲变压器的原边绕组接入电力系统的输电线路中，副边绕组与所述全桥电路并联；
当所述电力系统正常运行时所述全桥电路处于低阻抗运行模式，脉冲变压器的原边绕组传输负荷电流；
当所述电力系统发生故障时所述全桥电路处于限流运行模式，脉冲变压器的原边绕组阻抗增大抑制故障电流。
本发明进一步提供的优选技术方案为：所述全桥电路包括分别并联的第一支路、第二支路和第三支路；
所述第一支路包括串联的第一桥臂单元和第三桥臂单元；
所述第二支路包括多个串联的可关断器件单元；
所述第三支路包括串联的第二桥臂单元和第四桥臂单元；
所述脉冲变压器中副边绕组的一端连接于所述第一桥臂单元和第三桥臂单元之间，另一端连接于第二桥臂单元和第四桥臂单元之间。
本发明进一步提供的优选技术方案为：
所述第一桥臂单元、第二桥臂单元、第三桥臂单元和第四桥臂单元均包括多个串联的二极管；所述二极管的串联数量依据所述桥式限流器待接入电力系统的电压等级确定。
本发明进一步提供的优选技术方案为：所述可关断器件单元包括可控型电力电子器件、限流电感、限流电阻和缓冲电容；
所述限流电阻和限流电阻串联后分别与所述可控型电力电子器件和缓冲电容并联。
所述可关断器件单元的串联数量依据所述桥式限流器待接入电力系统的电压等级确定。
本发明进一步提供的优选技术方案为：
所述当电力系统正常运行时控制全桥电路处于低阻抗运行模式包括：
触发导通全桥电路中可关断器件单元的可控型电力电子器件，脉冲变压器的原边绕组传输负荷电流。
本发明进一步提供的优选技术方案为：
所述当电力系统发生故障时控制全桥电路处于限流运行模式包括：
闭锁全桥电路中可关断器件单元的可控型电力电子器件，脉冲变压器的原边绕组阻抗增大抑制故障电流。
与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种基于脉冲变压器的桥式限流器，采用脉冲变压器和全桥电路结合的方式，脉冲变压器的原边绕组感应副边绕组阻抗：当电力系统正常运行时全桥电路接入副边绕组的阻抗值极低，则原边绕组阻抗也极低，负荷电流通过原边绕组传输；当电力系统发生故障时全桥电路接入副边绕组的阻抗值变高，则原边绕组阻抗增大至副边绕组阻抗的变比平方倍，从而限制流过原边绕组的故障电流。
附图说明
图1：本发明实施例中一种基于脉冲变压器的桥式限流器拓扑示意图；
图2：本发明实施例中全桥电路处于低阻抗运行模式时的等效电路图；
图3：本发明实施例中全桥电路处于限流运行模式时的等效电路图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面分别结合附图，对本发明实施例提供的一种基于脉冲变压器的桥式限流器进行说明。
图1为本发明实施例中一种基于脉冲变压器的桥式限流器拓扑示意图，如图所示，本实施例中桥式限流器包括脉冲变压器和全桥电路。其中，
脉冲变压器的原边绕组接入电力系统的输电线路中，副边绕组与全桥电路并联。
当电力系统正常运行时全桥电路处于低阻抗运行模式，脉冲变压器的原边绕组传输负荷电流；当电力系统发生故障时全桥电路处于限流运行模式，脉冲变压器的原边绕组阻抗增大抑制故障电流。
本实施例提供的一种基于脉冲变压器的桥式限流器，采用脉冲变压器和全桥电路结合的方式，脉冲变压器的原边绕组感应副边绕组阻抗：当电力系统正常运行时全桥电路接入副边绕组的阻抗值极低，则原边绕组阻抗也极低，负荷电流通过原边绕组传输；当电力系统发生故障时全桥电路接入副边绕组的阻抗值变高，则原边绕组阻抗也增大至副边绕组阻抗的变比平方倍，从而限制流过原边绕组的故障电流。
进一步地，本发明中全桥电路可以采用下述结构。
本实施例中全桥电路包括分别并联的第一支路、第二支路和第三支路。其中，
第一支路包括串联的第一桥臂单元和第三桥臂单元，第二支路包括多个串联的可关断器件单元，第三支路包括串联的第二桥臂单元和第四桥臂单元。
脉冲变压器中副边绕组的一端连接于第一桥臂单元和第三桥臂单元之间，另一端连接于第二桥臂单元和第四桥臂单元之间。
进一步地，本实施例中第一桥臂单元、第二桥臂单元、第三桥臂单元和第四桥臂单元均可以包括多个串联的二极管；二极管的串联数量可以依据桥式限流器待接入电力系统的电压等级确定。
进一步地，本实施例中可关断器件单元可以包括可控型电力电子器件S、限流电感LZ、限流电阻R和缓冲电容C。其中，限流电阻R和限流电感LZ串联后分别与可控型电力电子器件S和缓冲电容C并联。可关断器件单元的串联数量可以依据桥式限流器待接入电力系统的电压等级确定。
本实施例中限流电阻和限流电感组成限流单元，当电力系统发生故障时将限流单元接入脉冲变压器的副边绕组，其原边绕组感应限流单元的阻抗，可以提高原边绕组的阻抗值从而抑制故障电流。同时缓冲电容可以防止限流单元中电压上升速率过快造成可关断器件单元中可控型电力电子器件的损坏。
下面结合附图对本发明提供的一种基于脉冲变压器的桥式限流器的操作方法进行说明。
本实施例中全桥电路的工作模式包括低阻抗运行模式和限流运行模式，其中，
1、当电力系统正常运行时控制全桥电路处于低阻抗运行模式，用于传输电力系统的负荷电流。具体为：触发导通全桥电路中可关断器件单元的可控型电力电子器件，脉冲变压器的原边绕组传输负荷电流。
图2为本发明实施例中全桥电路处于低阻抗运行模式时的等效电路图，如图所示，本实施例中脉冲变压器原边绕组与副边绕组的变比为n1：n2，可控型电力电子器件导通时可关断器件单元的等效阻抗为R0，原边绕组的阻抗为(n2/n1)2R0，由于可控型电力电子器件的通态电阻仅为毫欧级电阻，因此这个等效阻抗R0的值极低，原边绕组的阻抗(n2/n1)2R0也是极低的，几乎没有电压降落和损耗，能够正常传输电力系统的负荷电流。
2、当电力系统发生故障时控制全桥电路处于限流运行模式，用于限制电力系统的故障电流。具体为：闭锁全桥电路中可关断器件单元的可控型电力电子器件，脉冲变压器的原边绕组阻抗增大抑制故障电流。
图3为本发明实施例中全桥电路处于限流运行模式时的等效电路图，如图所示，本实施例中脉冲变压器原边绕组与副边绕组的变比为n1：n2，可控型电力电子器件闭锁，则限流电阻R、限流电感LZ和缓冲电容C接入副边绕组，副边绕组的等效阻抗为原边绕组的阻抗增大至从而可以有效抑制故障电流。当故障电流抑制完成后，再控制全桥电路处于低阻抗运行模式。
本发明提供的一种基于脉冲变压器的桥式限流器的拓扑结构简单易行，具有很强的操作性。同时，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种基于脉冲变压器的桥式限流器，其特征在于，所述桥式限流器包括脉冲变压器和全桥电路；所述脉冲变压器的原边绕组接入电力系统的输电线路中，副边绕组与所述全桥电路并联；
当所述电力系统正常运行时所述全桥电路处于低阻抗运行模式，脉冲变压器的原边绕组传输负荷电流；
当所述电力系统发生故障时所述全桥电路处于限流运行模式，脉冲变压器的原边绕组阻抗增大抑制故障电流。
2.如权利要求1所述的一种基于脉冲变压器的桥式限流器，其特征在于，所述全桥电路包括分别并联的第一支路、第二支路和第三支路；
所述第一支路包括串联的第一桥臂单元和第三桥臂单元；
所述第二支路包括多个串联的可关断器件单元；
所述第三支路包括串联的第二桥臂单元和第四桥臂单元；
所述脉冲变压器中副边绕组的一端连接于所述第一桥臂单元和第三桥臂单元之间，另一端连接于第二桥臂单元和第四桥臂单元之间。
3.如权利要求2所述的一种基于脉冲变压器的桥式限流器，其特征在于，
所述第一桥臂单元、第二桥臂单元、第三桥臂单元和第四桥臂单元均包括多个串联的二极管；所述二极管的串联数量依据所述桥式限流器待接入电力系统的电压等级确定。
4.如权利要求2所述的一种基于脉冲变压器的桥式限流器，其特征在于，所述可关断器件单元包括可控型电力电子器件、限流电感、限流电阻和缓冲电容；
所述限流电阻和限流电阻串联后分别与所述可控型电力电子器件和缓冲电容并联。
所述可关断器件单元的串联数量依据所述桥式限流器待接入电力系统的电压等级确定。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种基于脉冲变压器的桥式限流器，其特征在于，
所述当电力系统正常运行时控制全桥电路处于低阻抗运行模式包括：
触发导通全桥电路中可关断器件单元的可控型电力电子器件，脉冲变压器的原边绕组传输负荷电流。
6.如权利要求1-4任一项所述的一种基于脉冲变压器的桥式限流器，其特征在于，
所述当电力系统发生故障时控制全桥电路处于限流运行模式包括：
闭锁全桥电路中可关断器件单元的可控型电力电子器件，脉冲变压器的原边绕组阻抗增大抑制故障电流。
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