CN107968393B - 一种直流配电网的故障电流控制器及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直流配电网的故障电流控制器，其由滤波回路、串联变换器回路、并联变换器回路组成。滤波回路由LCL滤波器组成，串联变换器回路由全桥电路组成，并联变换器回路由DC/DC电路组成。稳态情况下，故障电流控制器可以补偿线路电压暂升、暂降和脉动，故障情况下，故障电流控制器可以提供限流电感和反向电压，综合实现直流配电网电压调节，故障电流限流、阻断的多种功能，提高故障电流控制器的使用效率。

Description

一种直流配电网的故障电流控制器及控制方法
技术领域
本发明涉及一种直流配电网的故障电流控制器及控制方法，属于直流配电网技术领域。
背景技术
与交流配电网相比较，基于直流配电网在输送容量、可控性以及提高供电质量等方面具有更好的性能，可以有效地提高供电容量与电能质量，快速独立地控制有功、无功功率，减少电力电子变流器的使用，降低电能损耗和运行成本，协调大电网与分布式电源之间的矛盾，充分发挥分布式能源的价值和效益，亦有助于企业采取更多的节能技术，提高能源利用率。因此，兼具可靠性、安全性、稳定性、经济性的直流配电网具有巨大的市场潜力和经济价值。
不同于交流电网的情况，直流电网中各个节点之间没有相位差，系统潮流的分布只取决于各节点电压差。由于线路阻抗的存在会导致长线路情况下线路两端的电压差较大、受负荷波动影响明显，从而导致直流配电网中潮流分布不均匀和电压随负荷脉动等情况。在负荷较轻、馈线载流量没有得到充分利用的时候，线路节点电压处于较高水平；当负荷较重、馈线载流量充分利用时，过流造成线路电压明显低于额定值；对于分布式电源、负荷构成的直流配电网络中，线路阻抗的差异会导致分配的不均匀，从而影响线路电缆的载流量不一致和节点电源的功率不对称。
为了保障直流电网运行的稳定性和安全性，需要采取措施限制直流系统故障时的电流上升率。因此直流配电网中潮流控制、电压补偿和故障电流限制是其未来发展必须面对和解决的重要技术问题，专利CN 201510179145.7给出了直流潮流控制器拓扑结构，专利CN201610638360.3给出了直流限流装置拓扑结构，专利CN201710258530.X给出了直流故障阻断拓扑结构，但均没有涉及直流设备的功能复用。对于直流配电网所需要解决的关键技术中，潮流控制和电压补偿需要长时间的调控，对应关键设备需要长时间的接入电网中，而直流电网中“短路故障次数”与“持续时间”相对于其正常运行时间来说，其比例非常低，同时直流电网对于故障电流的上升率限制较高，使得限流装置的造价较高，与其工作频次低、利用率低下、长期闲置形成了矛盾。基于上述难点，本项目提出一种直流电网用的新型多功能串并联控制器拓扑结构，该控制器将传统直流电网的几种关键设备进行一体化设计，使其具备结构简单，一机多用的功能，既可以实现正常模式下对直流电网潮流控制、电压补偿，又可以满足故障模式下故障限流功能，解决“安全性”和“经济性”的固有矛盾。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于直流配电网的故障电流控制器及控制方法，具备直流陪电网潮流控制、电压补偿、故障模式下电流限流阻断和瞬时故障穿越等功能，实现直流装置的一体化设计。
本发明的直流配电网故障电流控制器共有以下四种结构：
1、方案一：所述的故障电流控制器由滤波回路、串联变换器回路、并联变换器回路组成。滤波回路由第一电感、第一电容器、第二电感组成；串联变换器回路由第二电容器、第一避雷器、第一电力电子开关器件、第二电力电子开关器件、第三电力电子开关器件、第四电力电子开关器件组成；并联变换器由第三电容器和第一DC/DC电路组成；串联变换器回路串联接入直流配电线路的第四连接点和直流配电线路的第五连接点之间。
第一电感的第一引出端子、第三电容器的第一引出端子和第一DC/DC电路的第一引出端子在直流配电线路第四连接点连接；第一电容器的第二引出端子和第四电力电子开关器件的第一引出端子在直流配电线路第五连接点连接；第一DC/DC电路的第二引出端子和第三电容器的第二引出端子在直流配电线路第六连接点连接；第一DC/DC电路的第三引出端子、第二电容器的第一引出端子、第一避雷器的第一引出端子、第一电力电子开关器件的第一引出端子和第二电力电子开关器件的第一引出端子在第七连接点连接；第一DC/DC电路的第四引出端子、第二电容器的第二引出端子、第一避雷器的第二引出端子、第三电力电子开关器件的第二引出端子和第四电力电子开关器件的第二引出端子在第八连接点连接；第一电力电子开关器件的第二引出端子、第三电力电子开关器件的第一引出端子和第二电感的第一引出端子在第九连接点连接；第二电感的第二引出端子、第一电感的第二引出端子和第一电容器的第一引出端子在第十连接点连接。
2、方案二：所述的故障电流控制器包括滤波回路、串联变换器回路和并联变换器回路；所述滤波回路包括第一电感和第一电容器；所述串联变换器回路包括第二电容器、第一避雷器、第一电力电子开关器件、第二电力电子开关器件、第三电力电子开关器件和第四电力电子开关器件；所述并联变换器回路包括第三电容器和第一DC/DC电路；串联变换器回路串联接入直流配电线路的第四连接点和直流配电线路的第五连接点之间。
第一电感的第二引出端子、第三电容器的第一引出端子和第一DC/DC电路的第一引出端子在第四连接点连接；第一电容器的第二引出端子和第四电力电子开关器件的第一引出端子在第五连接点连接；第一DC/DC电路的第二引出端子和第三电容器的第二引出端子在第六连接点连接；第一DC/DC电路的第三引出端子、第二电容器的第一引出端子、第一避雷器的第一引出端子、第一电力电子开关器件的第一引出端子和第二电力电子开关器件的第一引出端子在第七连接点连接；第一DC/DC电路的第四引出端子、第二电容器的第二引出端子、第一避雷器的第二引出端子、第三电力电子开关器件的第二引出端子和第四电力电子开关器件的第二引出端子在第八连接点连接；第一电力电子开关器件的第二引出端子、第三电力电子开关器件的第一引出端子和第一电感的第一引出端子在第九连接点连接。
3、方案三：所述的故障电流控制器包括滤波回路、串联变换器回路和并联变换器回路；所述滤波回路包括第一电感、第一电容器、第二电感和第一电阻；所述串联变换器回路包括第二电容器、第一避雷器、第一电力电子开关器件、第二电力电子开关器件、第三电力电子开关器件和第四电力电子开关器件；所述并联变换器回路包括第三电容器和第一DC/DC电路；串联变换器回路串联接入直流配电线路的第四连接点和直流配电线路的第五连接点之间。
第一电感的第一引出端子、第三电容器的第一引出端子和第一DC/DC电路的第一引出端子在第四连接点连接；第一电阻的第二引出端子和第四电力电子开关器件的第一引出端子在第五连接点连接；第一DC/DC电路的第二引出端子和第三电容器的第二引出端子在第六连接点连接；第一DC/DC电路的第三引出端子、第二电容器的第一引出端子、第一避雷器的第一引出端子、第一电力电子开关器件的第一引出端子和第二电力电子开关器件的第一引出端子在第七连接点连接；第一DC/DC电路的第四引出端子、第二电容器的第二引出端子、第一避雷器的第二引出端子、第三电力电子开关器件的第二引出端子和第四电力电子开关器件的第二引出端子在第八连接点连接；第一电力电子开关器件的第二引出端子、第三电力电子开关器件的第一引出端子和第二电感的第一引出端子在第九连接点连接；第二电感的第二引出端子、第一电感的第二引出端子和第一电容器的第一引出端子在第十连接点连接；第一电容器的第二引出端子和第一电阻的第一引出端子在第十一连接点连接。
4、方案四：所述的故障电流控制器包括滤波回路、串联变换器回路、并联变换器回路；所述滤波回路包括第一电感、第一电容器、第二电感；所述串联变换器回路包括第二电容器、第一电阻、第一电力电子开关器件、第二电力电子开关器件、第三电力电子开关器件和第四电力电子开关器件；所述并联变换器回路包括第三电容器和第一DC/DC电路；串联变换器回路串联接入直流配电线路的第四连接点和直流配电线路的第五连接点之间。
第一电感的第一引出端子、第三电容器的第一引出端子和第一DC/DC电路的第一引出端子在第四连接点连接；第一电容器的第二引出端子和第四电力电子开关器件的第一引出端子在直流配电线路第五连接点连接；第一DC/DC电路的第二引出端子和第三电容器的第二引出端子在第六连接点连接；第一DC/DC电路的第三引出端子、第二电容器的第一引出端子、第一电阻的第一引出端子、第一电力电子开关器件的第一引出端子和第二电力电子开关器件的第一引出端子在第七连接点连接；第一DC/DC电路的第四引出端子、第二电容器的第二引出端子、第一电阻的第二引出端子、第三电力电子开关器件的第二引出端子和第四电力电子开关器件的第二引出端子在第八连接点连接；第一电力电子开关器件的第二引出端子、第三电力电子开关器件的第一引出端子和第二电感的第一引出端子在第九连接点连接；第二电感的第二引出端子、第一电感的第二引出端子和第一电容器的第一引出端子在第十连接点连接。
5、方案五：所述的故障电流控制器包括第一滤波回路、第二滤波回路、第一串联变换器回路、第二串联变换器回路、第一并联变换器回路和第二并联变换器回路；所述第一滤波回路包括第一电感、第一电容器、第二电感；所述第一串联变换器回路包括第二电容器、第一避雷器、第一电力电子开关器件、第二电力电子开关器件、第三电力电子开关器件和第四电力电子开关器件；所述第一并联变换器回路3包括第三电容器和第一DC/DC电路；第一串联变换器回路串联接入直流配电线路的第四连接点和直流配电线路的第五连接点之间；所述第二滤波回路包括第三电感、第四电容器、第四电感；所述第二串联变换器回路包括第五电容器、第二避雷器、第五电力电子开关器件、第六电力电子开关器件、第七电力电子开关器件和第八电力电子开关器件；所述第二并联变换器回路包括第六电容器和第二DC/DC电路；第二串联变换器回路串联接入直流配电线路的第十四连接点和直流配电线路的第十五连接点之间。
第一电感的第一引出端子、第三电容器的第一引出端子和第一DC/DC电路的第一引出端子在第四连接点连接；第一电容器的第二引出端子和第四电力电子开关器件的第一引出端子在第五连接点连接；第一DC/DC电路的第二引出端子、第二DC/DC电路的第一引出端子、第三电容器的第二引出端子和第六电容器的第一引出端子在第六连接点连接；第一DC/DC电路的第三引出端子、第二电容器的第一引出端子、第一避雷器的第一引出端子、第一电力电子开关器件的第一引出端子和第二电力电子开关器件的第一引出端子在第七连接点连接；第一DC/DC电路的第四引出端子、第二电容器的第二引出端子、第一避雷器的第二引出端子、第三电力电子开关器件的第二引出端子和第四电力电子开关器件的第二引出端子在第八连接点连接；第一电力电子开关器件的第二引出端子、第三电力电子开关器件的第一引出端子和第二电感的第一引出端子在第九连接点连接；第二电感的第二引出端子、第一电感的第二引出端子和第一电容器的第一引出端子在第十连接点连接；第三电感的第二引出端子、第六电容器的第二引出端子和第二DC/DC电路的第二引出端子在第十四连接点连接；第四电容器的第二引出端子和第八电力电子开关器件的第一引出端子在第十五连接点连接；第二DC/DC电路的第三引出端子、第五电容器的第一引出端子、第二避雷器的第一引出端子、第五电力电子开关器件的第一引出端子和第六电力电子开关器件的第一引出端子在第十六连接点连接；第二DC/DC电路的第四引出端子、第五电容器的第二引出端子、第二避雷器的第二引出端子、第七电力电子开关器件的第二引出端子和第八电力电子开关器件的第二引出端子在第十七连接点连接；第五电力电子开关器件的第二引出端子、第七电力电子开关器件的第一引出端子和第四电感的第一引出端子在第十八连接点连接；第四电感的第二引出端子、第三电感的第一引出端子和第四电容器的第一引出端子在第十九连接点连接。
本发明第一种结构形式的故障电流控制器中：
在直流配电网带负荷稳态运行下，并联变换器回路的输入侧并联接入到直流配电网中，通过电压环控制稳定第二电容器的电压，第二电容器稳态电压大于直流配电线路电压；
串联变换器回路和滤波回路通过检测第五连接点和第四连接点之间电压差值，将第五连接点和第四连接点之间电压差值作为控制目标，通过改变第四连接点和第五连接点之间电压，维持第四连接点或第五连接点的直流电压稳点；
串联变换器回路和滤波回路通过输出反向交流电压，补偿第四连接点或第五连接点的低频纹波电压；
当直流配电网电流从第四连接点流入第五连接点时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁第一DC/DC电路的所有开关器件脉冲，同时封锁第一电力电子开关器件、第二电力电子开关器件、第三电力电子开关器件和第四电力电子开关器件脉冲，故障电流经第一电感、第二电感、第一电力电子开关器件反并联二极管、第二电容器和第四电力电子开关器件的反并联二极管流入到第五连接点，由于第二电容器初始电压大于直流配电线路电压，故障电流开始下降，实现直流配电网故障电流阻断，当第二电容器电压升高到阈值，第一避雷器开始动作，吸收故障能量；
当直流配电网电流从第五连接点流入第四连接点时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁第一DC/DC电路的所有开关器件脉冲，同时封锁第一电力电子开关器件、第二电力电子开关器件、第三电力电子开关器件和第四电力电子开关器件脉冲，故障电流经第二电力电子开关器件反并联二极管、第二电容器、第三电力电子开关器件的反并联二极管、第一电感和第二电感流入到第四连接点，由于第二电容器初始电压大于直流配电线路电压，故障电流开始下降，实现直流配电网的故障电流阻断，当第二电容器电压升高到阈值，第一避雷器开始动作，吸收故障能量；
当直流配电网电流从第四连接点流入第五连接点时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路、并联变换器回路的所有脉冲信号，故障电流经第一电感、第二电感、第一电力电子开关器件反并联二极管、第二电容器和第四电力电子开关器件的反并联二极管流入到第五连接点，由于第二电容器初始电压大于直流配电线路电压，故障电流开始下降，当故障电流下降到恢复阈值时，闭合第二电力电子开关器件，如果此时故障已经消除，故障电流恢复至额定负荷状态，完成瞬时故障穿越；如果此时故障依然存在，故障电流继续升高，当再次达到故障电流动作阈值时，封锁第二电力电子开关器脉冲信号，故障电流下降至零，完成故障电流的最后阻断；
当直流配电网电流从第五连接点流入第四连接点时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路、并联变换器回路的所有脉冲信号，故障电流经第二电力电子开关器件反并联二极管、第二电容器、第三电力电子开关器件的反并联二极管、第一电感和第二电感流入到第四连接点，由于第二电容器初始电压大于直流配电线路电压，故障电流开始下降，当故障电流下降到恢复阈值时，闭合第一电力电子开关器件，如果此时故障已经消除，故障电流恢复至额定负荷状态，完成瞬时故障穿越；如果此时故障依然存在，故障电流继续升高，当再次达到电流动作阈值时，封锁第一电力电子开关器脉冲信号，故障电流下降至零，完成故障电流的最后阻断。
所述的电力电子开关器件均能够用GTO、IGBT或IGCT进行代替。
所述第一DC/DC电路和第二DC/DC电路采用双向隔离DCDC电路，具备能量的双向流动功能，实现串联变换器回路和并联变换器回路的电气隔离。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的故障电流控制器应用于直流配电线路中，根据权利要求中描述拓扑和控制方法，由于串联变换回路串联接入直流配电线路中，连接直流网与负荷之间，通过调节串联接入电压，可实现对直流配电网的电压波动补偿，保证可再生能源接入点电压稳定并降低网损，同时补偿所需要的能量由并联变换回路提供，并不需要额外的储能装置；
(2)本发明的故障电流控制器在直流配电线路发生故障时，可以将串联变换回路的滤波电感和直流电容串联接入到线路中，由于直流电容的容值高于线路电压，可实现直流配电网故障电流的快速阻断，大幅降低直流故障电流对负荷的冲击；
(3)本发明的故障电流控制器在直流配电线路发生瞬时故障时，可以通过调节桥臂开关器件的导通关断，限制故障电流的上升，并且可以快速恢复至常态工作，保证直流负荷的持续供电，即实现直流配电网故障电流的限流和瞬时故障穿越，防止因瞬时短路故障导致整条线路切除；
(4)本发明的故障电流控制器可以通过将串联变换回路接入到直流配电线路中进行重合闸操作，保证直流配电线路的平稳启动；
(5)本发明的故障电流控制器可以通过电力电子开关器件的灵活控制器，实现直流配电线路电流的双向流动，使得故障电流控制器具备对故障电流的双向限流、阻断能力；
(6)本发明的故障电流控制器可以通过在滤波回路增加阻尼电阻，实现对故障下电流振荡的抑制，保证电流快速恢复至零。
附图说明
图1为本发明的具体实施例1的电路原理图；
图2为本发明的具体实施例2的电路原理图；
图3为本发明的具体实施例3的电路原理图；
图4为本发明的具体实施例4的电路原理图；
图5为本发明的第一DC/DC电路和第二DC/DC电路的原理图；
图6为本发明的串联变换器回路和并联变换器回路的电气隔离原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
实施例1
图1所示为本发明的实施例1。如图1所示，本发明的故障电流控制器包括滤波回路1、串联变换器回路2、并联变换器回路3；所述滤波回路1包括第一电感L1、第一电容器C1、第二电感L2；所述串联变换器回路2包括第二电容器C2、第一避雷器Z、第一电力电子开关器件S1、第二电力电子开关器件S2、第三电力电子开关器件S3和第四电力电子开关器件S4；所述并联变换器包括第三电容器C3和第一DC/DC电路11；串联变换器回路2串联接入直流配电线路的第四连接点4和直流配电线路的第五连接点5之间。
第一电感L1的第一引出端子、第三电容器C3的第一引出端子和第一DC/DC电路11的第一引出端子在第四连接点4连接；第一电容器C1的第二引出端子和第四电力电子开关器件S4的第一引出端子在直流配电线路第五连接点5连接；第一DC/DC电路11的第二引出端子和第三电容器C3的第二引出端子在第六连接点6连接；第一DC/DC电路11的第三引出端子、第二电容器C2的第一引出端子、第一避雷器Z的第一引出端子、第一电力电子开关器件S1的第一引出端子和第二电力电子开关器件S2的第一引出端子在第七连接点7连接；第一DC/DC电路11的第四引出端子、第二电容器C2的第二引出端子、第一避雷器Z的第二引出端子、第三电力电子开关器件S3的第二引出端子和第四电力电子开关器件S4的第二引出端子在第八连接点8连接；第一电力电子开关器件S1的第二引出端子、第三电力电子开关器件S3的第一引出端子和第二电感L2的第一引出端子在第九连接点9连接；第二电感L2的第二引出端子、第一电感L1的第二引出端子和第一电容器C1的第一引出端子在第十连接点10连接。
在直流配电网带负荷稳态运行下，并联变换器回路3的输入侧并联接入到直流配电网中，通过电压环控制稳定第二电容器C2的电压，第二电容器C2稳态电压大于直流配电线路电压；
串联变换器回路2和滤波回路1通过检测第五连接点5和第四连接点4之间电压差值，将第五连接点5和第四连接点4之间电压差值作为控制目标，通过改变第四连接点4和第五连接点5之间电压，维持第四连接点4或第五连接点5的直流电压稳点；
串联变换器回路2和滤波回路1通过输出反向交流电压，补偿第四连接点4或第五连接点5的低频纹波电压；
当直流配电网电流从第四连接点4流入第五连接点5时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁第一DC/DC电路11的所有开关器件脉冲，同时封锁第一电力电子开关器件S1、第二电力电子开关器件S2、第三电力电子开关器件S3和第四电力电子开关器件S4脉冲，故障电流经第一电感L1、第二电感L2、第一电力电子开关器件S1反并联二极管、第二电容器C2和第四电力电子开关器件S4的反并联二极管流入到第五连接点5，由于第二电容器C2初始电压大于直流配电线路电压，故障电流开始下降，实现直流配电网故障电流阻断，当第二电容器C2电压升高到阈值，第一避雷器Z开始动作，吸收故障能量；
当直流配电网电流从第五连接点5流入第四连接点4时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁第一DC/DC电路11的所有开关器件脉冲，同时封锁第一电力电子开关器件S1、第二电力电子开关器件S2、第三电力电子开关器件S3和第四电力电子开关器件S4脉冲，故障电流经第二电力电子开关器件S2反并联二极管、第二电容器C2、第三电力电子开关器件S3的反并联二极管、第一电感L1和第二电感L2流入到第四连接点4，由于第二电容器C2初始电压大于直流配电线路电压，故障电流开始下降，实现直流配电网的故障电流阻断，当第二电容器C2电压升高到阈值，第一避雷器Z开始动作，吸收故障能量；
当直流配电网电流从第四连接点4流入第五连接点5时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路2、并联变换器回路3的所有脉冲信号，故障电流经第一电感L1、第二电感L2、第一电力电子开关器件S1反并联二极管、第二电容器C2和第四电力电子开关器件S4的反并联二极管流入到第五连接点5，由于第二电容器C2初始电压大于直流配电线路电压，故障电流开始下降，当故障电流下降到恢复阈值时，闭合第二电力电子开关器件S2，如果此时故障已经消除，故障电流恢复至额定负荷状态，完成瞬时故障穿越；如果此时故障依然存在，故障电流继续升高，当再次达到故障电流动作阈值时，封锁第二电力电子开关器S2脉冲信号，故障电流下降至零，完成故障电流的最后阻断；
当直流配电网电流从第五连接点5流入第四连接点4时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路2、并联变换器回路3的所有脉冲信号，故障电流经第二电力电子开关器件S2反并联二极管、第二电容器C2、第三电力电子开关器件S3的反并联二极管、第一电感L1和第二电感L2流入到第四连接点4，由于第二电容器C2初始电压大于直流配电线路电压，故障电流开始下降，当故障电流下降到恢复阈值时，闭合第一电力电子开关器件S1，如果此时故障已经消除，故障电流恢复至额定负荷状态，完成瞬时故障穿越；如果此时故障依然存在，故障电流继续升高，当再次达到电流动作阈值时，封锁第一电力电子开关器S1脉冲信号，故障电流下降至零，完成故障电流的最后阻断。
电力电子开关器件均能够用GTO、IGBT或IGCT进行代替。
第一DC/DC电路11和第二DC/DC电路111采用双向隔离DCDC电路，具备能量的双向流动功能，实现串联变换器回路2和并联变换器回路3的电气隔离，如图6所示。
实施例2
图2所示为本发明的实施例2。如图2所示，本发明的故障电流控制器包括滤波回路1、串联变换器回路2和并联变换器回路3；所述滤波回路1包括第一电感L1和第一电容器C1；所述串联变换器回路2包括第二电容器C2、第一避雷器Z、第一电力电子开关器件S1、第二电力电子开关器件S2、第三电力电子开关器件S3和第四电力电子开关器件S4；所述并联变换器回路3包括第三电容器C3和第一DC/DC电路11；串联变换器回路2串联接入直流配电线路的第四连接点4和直流配电线路的第五连接点5之间。
第一电感L1的第二引出端子、第三电容器C3的第一引出端子和第一DC/DC电路11的第一引出端子在第四连接点4连接；第一电容器C1的第二引出端子和第四电力电子开关器件S4的第一引出端子在第五连接点5连接；第一DC/DC电路11的第二引出端子和第三电容器C3的第二引出端子在第六连接点6连接；第一DC/DC电路11的第三引出端子、第二电容器C2的第一引出端子、第一避雷器Z的第一引出端子、第一电力电子开关器件S1的第一引出端子和第二电力电子开关器件S2的第一引出端子在第七连接点7连接；第一DC/DC电路11的第四引出端子、第二电容器C2的第二引出端子、第一避雷器Z的第二引出端子、第三电力电子开关器件S3的第二引出端子和第四电力电子开关器件S4的第二引出端子在第八连接点8连接；第一电力电子开关器件S1的第二引出端子、第三电力电子开关器件S3的第一引出端子和第一电感L1的第一引出端子在第九连接点9连接。
电力电子开关器件均能够用GTO、IGBT或IGCT进行代替。
第一DC/DC电路11和第二DC/DC电路111采用双向隔离DCDC电路，具备能量的双向流动功能，实现串联变换器回路2和并联变换器回路3的电气隔离，如图6所示。
实施例3
图3所示为本发明的实施例3。如图3所示，本发明的故障电流控制器包括滤波回路1、串联变换器回路2和并联变换器回路3；所述滤波回路1包括第一电感L1、第一电容器C1、第二电感L2和第一电阻R；所述串联变换器回路2包括第二电容器C2、第一避雷器Z、第一电力电子开关器件S1、第二电力电子开关器件S2、第三电力电子开关器件S3和第四电力电子开关器件S4；所述并联变换器回路3包括第三电容器C3和第一DC/DC电路11；串联变换器回路2串联接入直流配电线路的第四连接点4和直流配电线路的第五连接点5之间。
第一电感L1的第一引出端子、第三电容器C3的第一引出端子和第一DC/DC电路11的第一引出端子在第四连接点4连接；第一电阻R的第二引出端子和第四电力电子开关器件S4的第一引出端子在第五连接点5连接；第一DC/DC电路11的第二引出端子和第三电容器C3的第二引出端子在第六连接点6连接；第一DC/DC电路11的第三引出端子、第二电容器C2的第一引出端子、第一避雷器Z的第一引出端子、第一电力电子开关器件S1的第一引出端子和第二电力电子开关器件S2的第一引出端子在第七连接点7连接；第一DC/DC电路11的第四引出端子、第二电容器C2的第二引出端子、第一避雷器Z的第二引出端子、第三电力电子开关器件S3的第二引出端子和第四电力电子开关器件S4的第二引出端子在第八连接点8连接；第一电力电子开关器件S1的第二引出端子、第三电力电子开关器件S3的第一引出端子和第二电感L2的第一引出端子在第九连接点9连接；第二电感L2的第二引出端子、第一电感L1的第二引出端子和第一电容器C1的第一引出端子在第十连接点10连接；第一电容器C1的第二引出端子和第一电阻R的第一引出端子在第十一连接点11连接。
电力电子开关器件均能够用GTO、IGBT或IGCT进行代替。
第一DC/DC电路11和第二DC/DC电路111采用双向隔离DCDC电路，具备能量的双向流动功能，实现串联变换器回路2和并联变换器回路3的电气隔离，如图6所示。
实施例4
图4所示为本发明的实施例4。如图4所示，本发明的故障电流控制器包括滤波回路1、串联变换器回路2、并联变换器回路3；所述滤波回路1包括第一电感L1、第一电容器C1、第二电感L2；所述串联变换器回路2包括第二电容器C2、第一电阻R、第一电力电子开关器件S1、第二电力电子开关器件S2、第三电力电子开关器件S3和第四电力电子开关器件S4；所述并联变换器回路3包括第三电容器C3和第一DC/DC电路11；串联变换器回路2串联接入直流配电线路的第四连接点4和直流配电线路的第五连接点5之间。
第一电感L1的第一引出端子、第三电容器C3的第一引出端子和第一DC/DC电路11的第一引出端子在第四连接点4连接；第一电容器C1的第二引出端子和第四电力电子开关器件S4的第一引出端子在直流配电线路第五连接点5连接；第一DC/DC电路11的第二引出端子和第三电容器C3的第二引出端子在第六连接点6连接；第一DC/DC电路11的第三引出端子、第二电容器C2的第一引出端子、第一电阻R的第一引出端子、第一电力电子开关器件S1的第一引出端子和第二电力电子开关器件S2的第一引出端子在第七连接点7连接；第一DC/DC电路11的第四引出端子、第二电容器C2的第二引出端子、第一电阻R的第二引出端子、第三电力电子开关器件S3的第二引出端子和第四电力电子开关器件S4的第二引出端子在第八连接点8连接；第一电力电子开关器件S1的第二引出端子、第三电力电子开关器件S3的第一引出端子和第二电感L2的第一引出端子在第九连接点9连接；第二电感L2的第二引出端子、第一电感L1的第二引出端子和第一电容器C1的第一引出端子在第十连接点10连接。
电力电子开关器件均能够用GTO、IGBT或IGCT进行代替。
第一DC/DC电路11和第二DC/DC电路111采用双向隔离DCDC电路，具备能量的双向流动功能，实现串联变换器回路2和并联变换器回路3的电气隔离，如图6所示。
实施例5
图5所示为本发明的实施例5。如图5所示，本发明的故障电流控制器包括第一滤波回路1、第二滤波回路11、第一串联变换器回路2、第二串联变换器回路12、第一并联变换器回路3和第二并联变换器回路13；第一滤波回路1包括第一电感L1、第一电容器C1、第二电感L2；所述第一串联变换器回路2包括第二电容器C2、第一避雷器Z、第一电力电子开关器件S1、第二电力电子开关器件S2、第三电力电子开关器件S3和第四电力电子开关器件S4；所述第一并联变换器回路3包括第三电容器C3和第一DC/DC电路11；第一串联变换器回路2串联接入直流配电线路的第四连接点4和直流配电线路的第五连接点5之间；所述第二滤波回路11包括第三电感L11、第四电容器C11、第四电感L12；所述第二串联变换器回路12包括第五电容器C12、第二避雷器Z1、第五电力电子开关器件S11、第六电力电子开关器件S12、第七电力电子开关器件S13和第八电力电子开关器件S14；所述第二并联变换器回路13包括第六电容器C13和第二DC/DC电路111；第二串联变换器回路12串联接入直流配电线路的第十四连接点14和直流配电线路的第十五连接点15之间。
第一电感L1的第一引出端子、第三电容器C3的第一引出端子和第一DC/DC电路11的第一引出端子在第四连接点4连接；第一电容器C1的第二引出端子和第四电力电子开关器件S4的第一引出端子在第五连接点5连接；第一DC/DC电路11的第二引出端子、第二DC/DC电路111的第一引出端子、第三电容器C3的第二引出端子和第六电容器C6的第一引出端子在第六连接点6连接；第一DC/DC电路11的第三引出端子、第二电容器C2的第一引出端子、第一避雷器Z的第一引出端子、第一电力电子开关器件S1的第一引出端子和第二电力电子开关器件S2的第一引出端子在第七连接点7连接；第一DC/DC电路11的第四引出端子、第二电容器C2的第二引出端子、第一避雷器Z的第二引出端子、第三电力电子开关器件S3的第二引出端子和第四电力电子开关器件S4的第二引出端子在第八连接点8连接；第一电力电子开关器件S1的第二引出端子、第三电力电子开关器件S3的第一引出端子和第二电感L2的第一引出端子在第九连接点9连接；第二电感L2的第二引出端子、第一电感L1的第二引出端子和第一电容器C1的第一引出端子在第十连接点10连接；第三电感L11的第二引出端子、第六电容器C13的第二引出端子和第二DC/DC电路111的第二引出端子在第十四连接点14连接；第四电容器C11的第二引出端子和第八电力电子开关器件S14的第一引出端子在第十五连接点15连接；第二DC/DC电路111的第三引出端子、第五电容器C12的第一引出端子、第二避雷器Z1的第一引出端子、第五电力电子开关器件S11的第一引出端子和第六电力电子开关器件S12的第一引出端子在第十六连接点16连接；第二DC/DC电路111的第四引出端子、第五电容器C12的第二引出端子、第二避雷器Z1的第二引出端子、第七电力电子开关器件S13的第二引出端子和第八电力电子开关器件S14的第二引出端子在第十七连接点17连接；第五电力电子开关器件S11的第二引出端子、第七电力电子开关器件S13的第一引出端子和第四电感L12的第一引出端子在第十八连接点18连接；第四电感L12的第二引出端子、第三电感L11的第一引出端子和第四电容器C11的第一引出端子在第十九连接点19连接。
电力电子开关器件均能够用GTO、IGBT或IGCT进行代替。
第一DC/DC电路11和第二DC/DC电路111采用双向隔离DCDC电路，具备能量的双向流动功能，实现串联变换器回路2和并联变换器回路3的电气隔离，如图6所示。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种直流配电网的故障电流控制器，其特征在于：所述的故障电流控制器包括滤波回路(1)、串联变换器回路(2)、并联变换器回路(3)；所述滤波回路(1)包括第一电感(L1)、第一电容器(C1)、第二电感(L2)；所述串联变换器回路(2)包括第二电容器(C2)、第一避雷器(Z)、第一电力电子开关器件(S1)、第二电力电子开关器件(S2)、第三电力电子开关器件(S3)和第四电力电子开关器件(S4)；所述并联变换器回路(3)包括第三电容器(C3)和第一DC/DC电路(11)；串联变换器回路(2)串联接入直流配电线路的第四连接点(4)和直流配电线路的第五连接点(5)之间；
第一电感(L1)的第一引出端子、第三电容器(C3)的第一引出端子和第一DC/DC电路(11)的第一引出端子在第四连接点(4)连接；第一电容器(C1)的第二引出端子和第四电力电子开关器件(S4)的第一引出端子在直流配电线路第五连接点(5)连接；第一DC/DC电路(11)的第二引出端子和第三电容器(C3)的第二引出端子在第六连接点(6)连接；第一DC/DC电路(11)的第三引出端子、第二电容器(C2)的第一引出端子、第一避雷器(Z)的第一引出端子、第一电力电子开关器件(S1)的第一引出端子和第二电力电子开关器件(S2)的第一引出端子在第七连接点(7)连接；第一DC/DC电路(11)的第四引出端子、第二电容器(C2)的第二引出端子、第一避雷器(Z)的第二引出端子、第三电力电子开关器件(S3)的第二引出端子和第四电力电子开关器件(S4)的第二引出端子在第八连接点(8)连接；第一电力电子开关器件(S1)的第二引出端子、第三电力电子开关器件(S3)的第一引出端子和第二电感(L2)的第一引出端子在第九连接点(9)连接；第二电感(L2)的第二引出端子、第一电感(L1)的第二引出端子和第一电容器(C1)的第一引出端子在第十连接点(10)连接。
2.一种利用权利要求1所述的直流配电网的故障电流控制器进行故障电流控制方法，其特征在于实现如下：
(1)在直流配电网带负荷稳态运行下，并联变换器回路(3)的输入侧并联接入到直流配电网中，通过电压环控制稳定第二电容器(C2)的电压，第二电容器(C2)稳态电压大于直流配电线路电压；
(2)串联变换器回路(2)和滤波回路(1)通过检测第五连接点(5)和第四连接点(4)之间电压差值，将第五连接点(5)和第四连接点(4)之间电压差值作为控制目标，通过改变第四连接点(4)和第五连接点(5)之间电压，维持第四连接点(4)或第五连接点(5)的直流电压稳定；
(3)串联变换器回路(2)和滤波回路(1)通过输出反向交流电压，补偿第四连接点(4)或第五连接点(5)的低频纹波电压；
(4)当直流配电网电流从第四连接点(4)流入第五连接点(5)时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁第一DC/DC电路(11)的所有开关器件脉冲，同时封锁第一电力电子开关器件(S1)、第二电力电子开关器件(S2)、第三电力电子开关器件(S3)和第四电力电子开关器件(S4)脉冲，故障电流经第一电感(L1)、第二电感(L2)、第一电力电子开关器件(S1)反并联二极管、第二电容器(C2)和第四电力电子开关器件(S4)的反并联二极管流入到第五连接点(5)，由于第二电容器(C2)初始电压大于直流配电线路电压，故障电流开始下降，实现直流配电网故障电流阻断，当第二电容器(C2)电压升高到阈值，第一避雷器(Z)开始动作，吸收故障能量；
(5)当直流配电网电流从第五连接点(5)流入第四连接点(4)时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁第一DC/DC电路(11)的所有开关器件脉冲，同时封锁第一电力电子开关器件(S1)、第二电力电子开关器件(S2)、第三电力电子开关器件(S3)和第四电力电子开关器件(S4)脉冲，故障电流经第二电力电子开关器件(S2)反并联二极管、第二电容器(C2)、第三电力电子开关器件(S3)的反并联二极管、第一电感(L1)和第二电感(L2)流入到第四连接点(4)，由于第二电容器(C2)初始电压大于直流配电线路电压，故障电流开始下降，实现直流配电网的故障电流阻断，当第二电容器(C2)电压升高到阈值，第一避雷器(Z)开始动作，吸收故障能量；
(6)当直流配电网电流从第四连接点(4)流入第五连接点(5)时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路(2)、并联变换器回路(3)的所有脉冲信号，故障电流经第一电感(L1)、第二电感(L2)、第一电力电子开关器件(S1)反并联二极管、第二电容器(C2)和第四电力电子开关器件(S4)的反并联二极管流入到第五连接点(5)，由于第二电容器(C2)初始电压大于直流配电线路电压，故障电流开始下降，当故障电流下降到恢复阈值时，闭合第二电力电子开关器件(S2)，如果此时故障已经消除，故障电流恢复至额定负荷状态，完成瞬时故障穿越；如果此时故障依然存在，故障电流继续升高，当再次达到故障电流动作阈值时，封锁第二电力电子开关器(S2)脉冲信号，故障电流下降至零，完成故障电流的最后阻断；
(7)当直流配电网电流从第五连接点(5)流入第四连接点(4)时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路(2)、并联变换器回路(3)的所有脉冲信号，故障电流经第二电力电子开关器件(S2)反并联二极管、第二电容器(C2)、第三电力电子开关器件(S3)的反并联二极管、第一电感(L1)和第二电感(L2)流入到第四连接点(4)，由于第二电容器(C2)初始电压大于直流配电线路电压，故障电流开始下降，当故障电流下降到恢复阈值时，闭合第一电力电子开关器件(S1)，如果此时故障已经消除，故障电流恢复至额定负荷状态，完成瞬时故障穿越；如果此时故障依然存在，故障电流继续升高，当再次达到电流动作阈值时，封锁第一电力电子开关器(S1)脉冲信号，故障电流下降至零，完成故障电流的最后阻断。
3.一种直流配电网的故障电流控制器，其特征在于：所述的故障电流控制器包括滤波回路(1)、串联变换器回路(2)和并联变换器回路(3)；所述滤波回路(1)包括第一电感(L1)和第一电容器(C1)；所述串联变换器回路(2)包括第二电容器(C2)、第一避雷器(Z)、第一电力电子开关器件(S1)、第二电力电子开关器件(S2)、第三电力电子开关器件(S3)和第四电力电子开关器件(S4)；所述并联变换器回路(3)包括第三电容器(C3)和第一DC/DC电路(11)；串联变换器回路(2)串联接入直流配电线路的第四连接点(4)和直流配电线路的第五连接点(5)之间；
第一电感(L1)的第二引出端子、第三电容器(C3)的第一引出端子和第一DC/DC电路(11)的第一引出端子在第四连接点(4)连接；第一电容器(C1)的第二引出端子和第四电力电子开关器件(S4)的第一引出端子在第五连接点(5)连接；第一DC/DC电路(11)的第二引出端子和第三电容器(C3)的第二引出端子在第六连接点(6)连接；第一DC/DC电路(11)的第三引出端子、第二电容器(C2)的第一引出端子、第一避雷器(Z)的第一引出端子、第一电力电子开关器件(S1)的第一引出端子和第二电力电子开关器件(S2)的第一引出端子在第七连接点(7)连接；第一DC/DC电路(11)的第四引出端子、第二电容器(C2)的第二引出端子、第一避雷器(Z)的第二引出端子、第三电力电子开关器件(S3)的第二引出端子和第四电力电子开关器件(S4)的第二引出端子在第八连接点(8)连接；第一电力电子开关器件(S1)的第二引出端子、第三电力电子开关器件(S3)的第一引出端子和第一电感(L1)的第一引出端子在第九连接点(9)连接。
4.一种直流配电网的故障电流控制器，其特征在于：所述的故障电流控制器包括滤波回路(1)、串联变换器回路(2)和并联变换器回路(3)；所述滤波回路(1)包括第一电感(L1)、第一电容器(C1)、第二电感(L2)和第一电阻(R)；所述串联变换器回路(2)包括第二电容器(C2)、第一避雷器(Z)、第一电力电子开关器件(S1)、第二电力电子开关器件(S2)、第三电力电子开关器件(S3)和第四电力电子开关器件(S4)；所述并联变换器回路(3)包括第三电容器(C3)和第一DC/DC电路(11)；串联变换器回路(2)串联接入直流配电线路的第四连接点(4)和直流配电线路的第五连接点(5)之间；
第一电感(L1)的第一引出端子、第三电容器(C3)的第一引出端子和第一DC/DC电路(11)的第一引出端子在第四连接点(4)连接；第一电阻(R)的第二引出端子和第四电力电子开关器件(S4)的第一引出端子在第五连接点(5)连接；第一DC/DC电路(11)的第二引出端子和第三电容器(C3)的第二引出端子在第六连接点(6)连接；第一DC/DC电路(11)的第三引出端子、第二电容器(C2)的第一引出端子、第一避雷器(Z)的第一引出端子、第一电力电子开关器件(S1)的第一引出端子和第二电力电子开关器件(S2)的第一引出端子在第七连接点(7)连接；第一DC/DC电路(11)的第四引出端子、第二电容器(C2)的第二引出端子、第一避雷器(Z)的第二引出端子、第三电力电子开关器件(S3)的第二引出端子和第四电力电子开关器件(S4)的第二引出端子在第八连接点(8)连接；第一电力电子开关器件(S1)的第二引出端子、第三电力电子开关器件(S3)的第一引出端子和第二电感(L2)的第一引出端子在第九连接点(9)连接；第二电感(L2)的第二引出端子、第一电感(L1)的第二引出端子和第一电容器(C1)的第一引出端子在第十连接点(10)连接；第一电容器(C1)的第二引出端子和第一电阻(R)的第一引出端子在第十一连接点(11)连接。
5.一种直流配电网的故障电流控制器，其特征在于：所述的故障电流控制器包括滤波回路(1)、串联变换器回路(2)、并联变换器回路(3)；所述滤波回路(1)包括第一电感(L1)、第一电容器(C1)、第二电感(L2)；所述串联变换器回路(2)包括第二电容器(C2)、第一电阻(R)、第一电力电子开关器件(S1)、第二电力电子开关器件(S2)、第三电力电子开关器件(S3)和第四电力电子开关器件(S4)；所述并联变换器回路(3)包括第三电容器(C3)和第一DC/DC电路(11)；串联变换器回路(2)串联接入直流配电线路的第四连接点(4)和直流配电线路的第五连接点(5)之间；
第一电感(L1)的第一引出端子、第三电容器(C3)的第一引出端子和第一DC/DC电路(11)的第一引出端子在第四连接点(4)连接；第一电容器(C1)的第二引出端子和第四电力电子开关器件(S4)的第一引出端子在直流配电线路第五连接点(5)连接；第一DC/DC电路(11)的第二引出端子和第三电容器(C3)的第二引出端子在第六连接点(6)连接；第一DC/DC电路(11)的第三引出端子、第二电容器(C2)的第一引出端子、第一电阻(R)的第一引出端子、第一电力电子开关器件(S1)的第一引出端子和第二电力电子开关器件(S2)的第一引出端子在第七连接点(7)连接；第一DC/DC电路(11)的第四引出端子、第二电容器(C2)的第二引出端子、第一电阻(R)的第二引出端子、第三电力电子开关器件(S3)的第二引出端子和第四电力电子开关器件(S4)的第二引出端子在第八连接点(8)连接；第一电力电子开关器件(S1)的第二引出端子、第三电力电子开关器件(S3)的第一引出端子和第二电感(L2)的第一引出端子在第九连接点(9)连接；第二电感(L2)的第二引出端子、第一电感(L1)的第二引出端子和第一电容器(C1)的第一引出端子在第十连接点(10)连接。
6.一种直流配电网的故障电流控制器，其特征在于：所述的故障电流控制器包括第一滤波回路(1)、第二滤波回路(11)、第一串联变换器回路(2)、第二串联变换器回路(12)、第一并联变换器回路(3)和第二并联变换器回路(13)；所述第一滤波回路(1)包括第一电感(L1)、第一电容器(C1)、第二电感(L2)；所述第一串联变换器回路(2)包括第二电容器(C2)、第一避雷器(Z)、第一电力电子开关器件(S1)、第二电力电子开关器件(S2)、第三电力电子开关器件(S3)和第四电力电子开关器件(S4)；所述第一并联变换器回路(3)包括第三电容器(C3)和第一DC/DC电路(11)；第一串联变换器回路(2)串联接入直流配电线路的第四连接点(4)和直流配电线路的第五连接点(5)之间；所述第二滤波回路(11)包括第三电感(L11)、第四电容器(C11)、第四电感(L12)；所述第二串联变换器回路(12)包括第五电容器(C12)、第二避雷器(Z1)、第五电力电子开关器件(S11)、第六电力电子开关器件(S12)、第七电力电子开关器件(S13)和第八电力电子开关器件(S14)；所述第二并联变换器回路(13)包括第六电容器(C13)和第二DC/DC电路(111)；第二串联变换器回路(12)串联接入直流配电线路的第十四连接点(14)和直流配电线路的第十五连接点(15)之间；
第一电感(L1)的第一引出端子、第三电容器(C3)的第一引出端子和第一DC/DC电路(11)的第一引出端子在第四连接点(4)连接；第一电容器(C1)的第二引出端子和第四电力电子开关器件(S4)的第一引出端子在第五连接点(5)连接；第一DC/DC电路(11)的第二引出端子、第二DC/DC电路(111)的第一引出端子、第三电容器(C3)的第二引出端子和第六电容器(C13)的第一引出端子在第六连接点(6)连接；第一DC/DC电路(11)的第三引出端子、第二电容器(C2)的第一引出端子、第一避雷器(Z)的第一引出端子、第一电力电子开关器件(S1)的第一引出端子和第二电力电子开关器件(S2)的第一引出端子在第七连接点(7)连接；第一DC/DC电路(11)的第四引出端子、第二电容器(C2)的第二引出端子、第一避雷器(Z)的第二引出端子、第三电力电子开关器件(S3)的第二引出端子和第四电力电子开关器件(S4)的第二引出端子在第八连接点(8)连接；第一电力电子开关器件(S1)的第二引出端子、第三电力电子开关器件(S3)的第一引出端子和第二电感(L2)的第一引出端子在第九连接点(9)连接；第二电感(L2)的第二引出端子、第一电感(L1)的第二引出端子和第一电容器(C1)的第一引出端子在第十连接点(10)连接；第三电感(L11)的第二引出端子、第六电容器(C13)的第二引出端子和第二DC/DC电路(111)的第二引出端子在第十四连接点(14)连接；第四电容器(C11)的第二引出端子和第八电力电子开关器件(S14)的第一引出端子在第十五连接点(15)连接；第二DC/DC电路(111)的第三引出端子、第五电容器(C12)的第一引出端子、第二避雷器(Z1)的第一引出端子、第五电力电子开关器件(S11)的第一引出端子和第六电力电子开关器件(S12)的第一引出端子在第十七连接点(17)连接；第二DC/DC电路(111)的第四引出端子、第五电容器(C12)的第二引出端子、第二避雷器(Z1)的第二引出端子、第七电力电子开关器件(S13)的第二引出端子和第八电力电子开关器件(S14)的第二引出端子在第十八连接点(18)连接；第五电力电子开关器件(S11)的第二引出端子、第七电力电子开关器件(S13)的第一引出端子和第四电感(L12)的第一引出端子在第十九连接点(19)连接；第四电感(L12)的第二引出端子、第三电感(L11)的第一引出端子和第四电容器(C11)的第一引出端子在第二十连接点(20)连接。
7.根据权利要求1或3或4或5或6所述的直流配电网的故障电流控制器，其特征在于：所述的电力电子开关器件均能够用GTO、IGBT或IGCT进行代替。
8.根据权利要求6所述的直流配电网的故障电流控制器，其特征在于：所述第一DC/DC电路(11)和第二DC/DC电路(111)采用双向隔离DCDC电路，具备能量的双向流动功能，实现串联变换器回路(2)和并联变换器回路(3)的电气隔离。
CN201711127289.3A 2017-11-15 2017-11-15 一种直流配电网的故障电流控制器及控制方法 Active CN107968393B (zh)

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