CN108075455B - 一种直流配电网的限流阻断装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直流配电网的限流阻断装置及方法，由限流阻断回路(1)和预充电回路(2)组成。故障电流限流阻断回路(1)由第一电容器(C)、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)、第四电力电子开关器件(S4)和第一限流电感(L)组成。该装置可实现直流配电网中故障电流的快速限流和阻断，大幅降低直流配电网故障电流对电源和负荷的冲击。

Description

一种直流配电网的限流阻断装置及方法
技术领域
本发明涉及一种直流配电网的限流阻断装置及方法，属于直流配电网技术领域。
背景技术
考虑中压配网中储能系统、电动汽车充电站和信息数据中心等直流负荷的不断接入，具有高可靠性和高电能质量的直流配网技术将配电领域具有良好的应用前景。直流配网用直流断路器、DC/DC变换器和直流限流器是构建直流配网的关键设备。国内外已建的直流配网示范项目由于其电压等级较低，主要研究直流配网的系统架构、控制与保护等方面，对直流装备研究较少。
直流故障分断技术是构建安全、稳定直流配电网所必需解决的关键技术。直流电流分断与交流电流分断最大的区别在于直流电流不存在过零点，直流断路器需要依靠自身来创造电流零点，熄灭电弧。为满足应用系统需求，串联应用于直流配电网中的直流电流阻断装置应具备以下基本特点：通态损耗低、分断迅速、抑制分断过压和吸收能量大。
针对目前正在应用的开断速度可达到毫秒级的固态断路器在直流电力系统中的应用开始受到广泛关注。该断路器完全由半导体器件组成，通态损耗和制造成本高、耐受电压低及控制复杂等缺点限制了其在高压直流输电领域的应用。但在中低压配电系统中，不需要半导体器件进行大量串并联，固态断路器可以更快速切断故障电流，减小分断时间。如若采用宽禁带器件，降低断路器通态损耗，采用纯固态断路器也是解决直流配网故障电流的一种解决方案，专利201110154838.2给出了一种固态断路器的拓扑结构，可以实现故障电流的快速阻断。
故障电流限制装置是直流配电网的另一关键设备，其基本特性为：系统正常运行时，限流器呈现低阻抗，电压降落和损耗都很低；当发生短路故障时，限流器又呈现为足够高的阻抗以限制短路电流，使设备免受大短路电流的冲击，从而可以有效保证设备的安全运行，专利201610638360.3给出了一种直流限流的拓扑结构，实现直流电网故障下限流功能。
现有限流开断装置均只具备单一功能，装置的利用率低，同时针对直流配电网中的故障，需要提升对故障电流的限流和阻断速度，因此如何降低限流阻断时间，提升设备的综合利用率，是亟待解决的问题。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种直流配电网的限流阻断装置及方法，同时具备故障下限流和阻断能力，并具有响应迅速、稳态运行时损耗小、出现短路故障时无电弧切断、可靠性高等特点。
本发明的直流限流阻断装置共有以下三种结构：
1、方案一：所述的直流限流开断装置包括：限流阻断回路和预充电回路；所述限流阻断回路包括第一电容器、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和第一限流电感，串联接入直流配电线路中；预充电回路包括第一预充电装置。
第一限流电感的第二引出端子在直流配电线路第三连接点连接；第二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一引出端子在直流配电线路的第四连接点连接；第一限流电感的第一引出端子、第三电力电子开关器件的第一引出端子和第一电力电子开关器件的第二引出端子在第五连接点连接；第一电力电子开关器件的第一引出端子、第二电力电子开关器件的第一引出端子、第一避雷器的第一引出端子、第一电容器的第一引出端子和第一预充电装置的第一引出端子在第六连接点连接；第三电力电子开关器件的第二引出端子、第四电力电子开关器件的第二引出端子、第一避雷器的第二引出端子、第一电容器的第二引出端子和第一预充电装置的第二引出端子在第七连接点连接。
2、方案二：所述的直流限流开断装置包括：限流阻断回路和预充电回路；所述限流阻断回路包括第一电容器、第一泄放电阻、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、第四电力电子开关器件和第一限流电感，串联接入直流配电线路中；预充电回路包括第一预充电装置。
第一限流电感的第二引出端子在直流配电线路第三连接点连接；第二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一引出端子在直流配电线路的第四连接点连接；第一限流电感的第一引出端子、第三电力电子开关器件的第一引出端子和第一电力电子开关器件的第二引出端子在第五连接点连接；第一电力电子开关器件的第一引出端子、第二电力电子开关器件的第一引出端子、第一泄放电阻的第一引出端子、第一电容器的第一引出端子和第一预充电装置的第一引出端子在第六连接点连接；第三电力电子开关器件的第二引出端子、第四电力电子开关器件的第二引出端子、第一泄放电阻的第二引出端子、第一电容器的第二引出端子和第一预充电装置的第二引出端子在第七连接点连接。
3、方案三：所述的直流限流开断装置包括：限流阻断回路和预充电回路；所述限流阻断回路包括第一电容器、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、第一二极管、第二二极管和第一限流电感串联接入直流配电线路中；预充电回路包括第一预充电装置。
第一限流电感的第二引出端子在直流配电线路第三连接点连接；第二电力电子开关器件的第二引出端子和第二二极管的第一引出端子在直流配电线路的第四连接点连接；第一限流电感的第一引出端子、第一二极管的第一引出端子和第一电力电子开关器件的第二引出端子在第五连接点连接；第一电力电子开关器件的第一引出端子、第二电力电子开关器件的第一引出端子、第一避雷器的第一引出端子、第一电容器的第一引出端子和第一预充电装置的第一引出端子在第六连接点连接；第一二极管的第二引出端子、第二二极管的第二引出端子、第一避雷器的第二引出端子、第一电容器的第二引出端子和第一预充电装置的第二引出端子在第七连接点连接。
4、方案四：所述的直流限流开断装置包括：限流阻断回路和预充电回路；所述限流阻断回路包括第一电容器、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、第一二极管、第二二极管和第一限流电感，串联接入直流配电线路中；预充电回路包括第一预充电装置。
第一限流电感的第二引出端子在直流配电线路第三连接点连接；第二二极管的第二引出端子和第二电力电子开关器件的第一引出端子在直流配电线路的第四连接点连接；第一限流电感的第一引出端子、第一二极管的第二引出端子和第一电力电子开关器件的第一引出端子在第五连接点连接；第一二极管的第一引出端子、第二二极管的第一引出端子、第一避雷器的第一引出端子、第一电容器的第一引出端子和第一预充电装置的第一引出端子在第六连接点连接；第一电力电子开关器件的第二引出端子、第二电力电子开关器件的第二引出端子、第一避雷器的第二引出端子、第一电容器的第二引出端子和第一预充电装置的第二引出端子在第七连接点连接。
本发明的电力电子开关器件均能够用GTO、IGBT或IGCT进行代替。
本发明的第一预充电装置由第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管组成的整流桥代替，整流桥输入侧为直流配电线路电压。
第一限流电感的第二引出端子和第一电阻的第一引出端子在直流配电线路第三连接点连接；第二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一引出端子在直流配电线路的第四连接点连接；第一限流电感的第一引出端子、第三电力电子开关器件的第一引出端子和第一电力电子开关器件的第二引出端子在第五连接点连接；第一电力电子开关器件的第一引出端子、第二电力电子开关器件的第一引出端子、第一避雷器的第一引出端子、第一电容器的第一引出端子、第三二极管的第一引出端子和第四二极管的第一引出端子在第六连接点连接；第三电力电子开关器件的第二引出端子、第四电力电子开关器件的第二引出端子、第一避雷器的第二引出端子、第一电容器的第二引出端子、第五二极管的第二引出端子和第六二极管的第二引出端子在第七连接点连接；第四二极管的第二引出端子和第六二极管的第一引出端在第八连接点连接；第三二极管的第二引出端子、第五二极管的第一引出端子和第一电阻的第二引出端子在第九连接点连接。
本发明的第一预充电装置由第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管组成的整流桥进代替，整流桥输入侧为外接入交流电压。
第一限流电感的第二引出端子在直流配电线路第三连接点连接；第二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一引出端子在直流配电线路的第四连接点连接；第一限流电感的第一引出端子、第三电力电子开关器件的第一引出端子和第一电力电子开关器件的第二引出端子在第五连接点连接；第一电力电子开关器件的第一引出端子、第二电力电子开关器件的第一引出端子、第一避雷器的第一引出端子、第一电容器的第一引出端子、第三二极管的第一引出端子和第四二极管的第一引出端子在第六连接点连接；第三电力电子开关器件的第二引出端子、第四电力电子开关器件的第二引出端子、第一避雷器的第二引出端子、第一电容器的第二引出端子、第五二极管的第二引出端子和第六二极管的第二引出端子在第七连接点连接；第四二极管的第二引出端子、第六二极管的第一引出端和第一变压器的第四引出端子在第八连接点连接；第三二极管的第二引出端子、第五二极管的第一引出端子和第一电阻的第二引出端子在第九连接点连接；第一电阻的第一引出端子和第一变压器的第二引出端子在第十连接点连接；第一变压器的第一引出端子在外接交流线路第十一连接点连接；第一变压器的第三引出端子在外接交流线路第十二连接点连接。
本发明第一种结构形式的多功能故障电流控制器中：
当直流电流由第三连接点流入第四连接点时，在直流配电线路正常运行时，第二电力电子开关器件闭合，直流配电线路电流经第一限流电感、第一电力电子开关器件反并联二极管和第二电力电子开关器件流入到第四连接点，同时第一预充电装置为第一电容器进行预充电；当检测到直流配电线路短路故障时，第二电力电子开关器件迅速关断，故障电流经第一限流电感、第一电力电子开关器件反并联二极管、第一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四连接点，由于第一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，当第一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；
当直流电流由第四连接点流入第三连接点时，在直流配电线路正常运行时，第一电力电子开关器件为导通状态，直流配电线路电流经第二电力电子开关器件反并联二极管、第一电力电子开关器件和第一限流电感流入到第三连接点，同时第一预充电装置为第一电容器进行预充电；当检测到直流配电线路短路故障时，第一电力电子开关器迅速关断，故障电流经第二电力电子开关器件反并联二极管、第一电容器、第三电力电子开关器件的反并联二极管和第一限流电感流入到第三连接点，由于第一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；当第一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；
当直流电流由第三连接点流入第四连接点时，在直流配电线路正常运行时，第二电力电子开关器件闭合，线路电流经第一限流电感、第一电力电子开关器件反并联二极管和第二电力电子开关器件流入到第四连接点，同时第一预充电装置为第一电容器进行预充电；当检测到直流配电网线路短路故障时，第二电力电子开关器迅速关断，故障电流经第一限流电感、第一电力电子开关器件反并联二极管、第一电容器和第二电力电子开关器件的反并联二极管流入到第四连接点，由于第一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，限制故障电流上升；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，完成故障电流最后阻断；
当直流电流由第四连接点流入第三连接点时，在直流配电线路正常运行时，第一电力电子开关器件闭合，直流配电线路电流经第二电力电子开关器件反并联二极管、第一电力电子开关器件和第一限流电感流入到第三连接点，同时第一预充电装置为第一电容器进行预充电。当检测到线路短路故障时，第一电力电子开关器迅速关断，故障电流经第二电力电子开关器件反并联二极管、第一电容器、第三电力电子开关器件的反并联二极管和第一限流电感流入到第三连接点，由于第一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，限制故障电流上升；当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，完成故障电流最后阻断。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的限流阻断装置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；
(2)本发明的限流阻断装置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)本发明的限流阻断装置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)本发明限流阻断装置通过实时监测限流电流，可以快速进行故障判断，增加配网可靠性；
(5)本发明的限流阻断装置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；
(6)本发明的限流阻断装置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。
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为本发明的第一种预充电装置电路原理图；
图6为本发明的第二种预充电装置电路原理图。
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，本发明的直流限流开断装置包括：限流阻断回路1和预充电回路2；所述限流阻断回路包括第一电容器C、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、第四电力电子开关器件S4和第一限流电感L，串联接入直流配电线路中；预充电回路2包括第一预充电装置8。
第一限流电感L的第二引出端子在直流配电线路第三连接点3连接；第二电力电子开关器件S2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的第四连接点4连接；第一限流电感L的第一引出端子、第三电力电子开关器件S3的第一引出端子和第一电力电子开关器件S1的第二引出端子在第五连接点5连接；第一电力电子开关器件S1的第一引出端子、第二电力电子开关器件S2的第一引出端子、第一避雷器Z的第一引出端子、第一电容器C的第一引出端子和第一预充电装置8的第一引出端子在第六连接点6连接；第三电力电子开关器件S3的第二引出端子、第四电力电子开关器件S4的第二引出端子、第一避雷器Z的第二引出端子、第一电容器C的第二引出端子和第一预充电装置8的第二引出端子在第七连接点7连接。
当直流电流由第三连接点3流入第四连接点4时，在直流配电线路正常运行时，第二电力电子开关器件S2闭合，直流配电线路电流经第一限流电感L、第一电力电子开关器件S1反并联二极管和第二电力电子开关器件S2流入到第四连接点4，同时第一预充电装置8为第一电容器C进行预充电；当检测到直流配电线路短路故障时，第二电力电子开关器件S2迅速关断，故障电流经第一限流电感L、第一电力电子开关器件S1反并联二极管、第一电容器C和第四电力电子开关器件S4的反并联二极管流入到第四连接点4，由于第一电容器C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，当第一电容器C电压升高到阈值，第一避雷器Z开始动作，吸收故障能量；
当直流电流由第四连接点4流入第三连接点3时，在直流配电线路正常运行时，第一电力电子开关器件S1为导通状态，直流配电线路电流经第二电力电子开关器件S2反并联二极管、第一电力电子开关器件S1和第一限流电感L流入到第三连接点3，同时第一预充电装置8为第一电容器C进行预充电；当检测到直流配电线路短路故障时，第一电力电子开关器S1迅速关断，故障电流经第二电力电子开关器件S2反并联二极管、第一电容器C、第三电力电子开关器件S3的反并联二极管和第一限流电感L流入到第三连接点3，由于第一电容器C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；当第一电容器C电压升高到阈值，第一避雷器Z开始动作，吸收故障能量；
当直流电流由第三连接点3流入第四连接点4时，在直流配电线路正常运行时，第二电力电子开关器件S2闭合，线路电流经第一限流电感L、第一电力电子开关器件S1反并联二极管和第二电力电子开关器件S2流入到第四连接点4，同时第一预充电装置8为第一电容器C进行预充电；当检测到直流配电网线路短路故障时，第二电力电子开关器S2迅速关断，故障电流经第一限流电感L、第一电力电子开关器件S1反并联二极管、第一电容器C和第二电力电子开关器件S2的反并联二极管流入到第四连接点4，由于第一电容器C初始电压大于直流配电线路电压，故障电流开始下降，限制故障电流上升；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，完成故障电流最后阻断；
当直流电流由第四连接点4流入第三连接点3时，在直流配电线路正常运行时，第一电力电子开关器件S1闭合，直流配电线路电流经第二电力电子开关器件S2反并联二极管、第一电力电子开关器件S1和第一限流电感L流入到第三连接点3，同时第一预充电装置8为第一电容器C进行预充电。当检测到线路短路故障时，第一电力电子开关器S1迅速关断，故障电流经第二电力电子开关器件S2反并联二极管、第一电容器C、第三电力电子开关器件S3的反并联二极管和第一限流电感L流入到第三连接点3，由于第一电容器C初始电压大于直流配电线路电压，故障电流开始下降，限制故障电流上升；当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。
第一预充电装置8由第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6组成的整流桥代替，整流桥输入侧为直流配电线路电压。
如图5所示，第一限流电感L的第二引出端子和第一电阻R的第一引出端子在直流配电线路第三连接点3连接；第二电力电子开关器件S2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的第四连接点4连接；第一限流电感L的第一引出端子、第三电力电子开关器件S3的第一引出端子和第一电力电子开关器件S1的第二引出端子在第五连接点5连接；第一电力电子开关器件S1的第一引出端子、第二电力电子开关器件S2的第一引出端子、第一避雷器Z的第一引出端子、第一电容器C的第一引出端子、第三二极管D3的第一引出端子和第四二极管D4的第一引出端子在第六连接点6连接；第三电力电子开关器件S3的第二引出端子、第四电力电子开关器件S4的第二引出端子、第一避雷器Z的第二引出端子、第一电容器C的第二引出端子、第五二极管D5的第二引出端子和第六二极管D6的第二引出端子在第七连接点7连接；第四二极管D4的第二引出端子和第六二极管D6的第一引出端在第八连接点8连接；第三二极管D3的第二引出端子、第五二极管D5的第一引出端子和第一电阻R的第二引出端子在第九连接点9连接。
第一预充电装置8由第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6组成的整流桥进代替，整流桥输入侧为外接入交流电压。
如图6所示，第一限流电感L的第二引出端子在直流配电线路第三连接点3连接；第二电力电子开关器件S2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的第四连接点4连接；第一限流电感L的第一引出端子、第三电力电子开关器件S3的第一引出端子和第一电力电子开关器件S1的第二引出端子在第五连接点5连接；第一电力电子开关器件S1的第一引出端子、第二电力电子开关器件S2的第一引出端子、第一避雷器Z的第一引出端子、第一电容器C的第一引出端子、第三二极管D3的第一引出端子和第四二极管D4的第一引出端子在第六连接点6连接；第三电力电子开关器件S3的第二引出端子、第四电力电子开关器件S4的第二引出端子、第一避雷器Z的第二引出端子、第一电容器C的第二引出端子、第五二极管D5的第二引出端子和第六二极管D6的第二引出端子在第七连接点7连接；第四二极管D4的第二引出端子、第六二极管D6的第一引出端和第一变压器TR的第四引出端子在第八连接点8连接；第三二极管D3的第二引出端子、第五二极管D5的第一引出端子和第一电阻R的第二引出端子在第九连接点9连接；第一电阻R的第一引出端子和第一变压器TR的第二引出端子在第十连接点10连接；第一变压器TR的第一引出端子在外接交流线路第十一连接点11连接；第一变压器TR的第三引出端子在外接交流线路第十二连接点12连接。
实施例2
图2所示为本发明的实施例2。如图2所示，本发明的直流限流开断装置包括：限流阻断回路1和预充电回路2；所述限流阻断回路包括第一电容器C、第一泄放电阻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、第四电力电子开关器件S4和第一限流电感L，串联接入直流配电线路中；预充电回路2包括第一预充电装置8。
第一限流电感L的第二引出端子在直流配电线路第三连接点3连接；第二电力电子开关器件S2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的第四连接点4连接；第一限流电感L的第一引出端子、第三电力电子开关器件S3的第一引出端子和第一电力电子开关器件S1的第二引出端子在第五连接点5连接；第一电力电子开关器件S1的第一引出端子、第二电力电子开关器件S2的第一引出端子、第一泄放电阻R的第一引出端子、第一电容器C的第一引出端子和第一预充电装置8的第一引出端子在第六连接点6连接；第三电力电子开关器件S3的第二引出端子、第四电力电子开关器件S4的第二引出端子、第一泄放电阻R的第二引出端子、第一电容器C的第二引出端子和第一预充电装置8的第二引出端子在第七连接点7连接。
电力电子开关器件均能够用GTO、IGBT或IGCT进行代替。
第一预充电装置8由第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6组成的整流桥代替，整流桥输入侧为直流配电线路电压。
如图5所示，第一限流电感L的第二引出端子和第一电阻R的第一引出端子在直流配电线路第三连接点3连接；第二电力电子开关器件S2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的第四连接点4连接；第一限流电感L的第一引出端子、第三电力电子开关器件S3的第一引出端子和第一电力电子开关器件S1的第二引出端子在第五连接点5连接；第一电力电子开关器件S1的第一引出端子、第二电力电子开关器件S2的第一引出端子、第一避雷器Z的第一引出端子、第一电容器C的第一引出端子、第三二极管D3的第一引出端子和第四二极管D4的第一引出端子在第六连接点6连接；第三电力电子开关器件S3的第二引出端子、第四电力电子开关器件S4的第二引出端子、第一避雷器Z的第二引出端子、第一电容器C的第二引出端子、第五二极管D5的第二引出端子和第六二极管D6的第二引出端子在第七连接点7连接；第四二极管D4的第二引出端子和第六二极管D6的第一引出端在第八连接点8连接；第三二极管D3的第二引出端子、第五二极管D5的第一引出端子和第一电阻R的第二引出端子在第九连接点9连接。
第一预充电装置8由第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6组成的整流桥进代替，整流桥输入侧为外接入交流电压。
如图6所示，第一限流电感L的第二引出端子在直流配电线路第三连接点3连接；第二电力电子开关器件S2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的第四连接点4连接；第一限流电感L的第一引出端子、第三电力电子开关器件S3的第一引出端子和第一电力电子开关器件S1的第二引出端子在第五连接点5连接；第一电力电子开关器件S1的第一引出端子、第二电力电子开关器件S2的第一引出端子、第一避雷器Z的第一引出端子、第一电容器C的第一引出端子、第三二极管D3的第一引出端子和第四二极管D4的第一引出端子在第六连接点6连接；第三电力电子开关器件S3的第二引出端子、第四电力电子开关器件S4的第二引出端子、第一避雷器Z的第二引出端子、第一电容器C的第二引出端子、第五二极管D5的第二引出端子和第六二极管D6的第二引出端子在第七连接点7连接；第四二极管D4的第二引出端子、第六二极管D6的第一引出端和第一变压器TR的第四引出端子在第八连接点8连接；第三二极管D3的第二引出端子、第五二极管D5的第一引出端子和第一电阻R的第二引出端子在第九连接点9连接；第一电阻R的第一引出端子和第一变压器TR的第二引出端子在第十连接点10连接；第一变压器TR的第一引出端子在外接交流线路第十一连接点11连接；第一变压器TR的第三引出端子在外接交流线路第十二连接点12连接。
实施例3
图3所示为本发明的实施例3。如图3所示，本发明的直流限流开断装置包括：限流阻断回路1和预充电回路2；所述限流阻断回路包括第一电容器C、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、第一二极管D1、第二二极管D2和第一限流电感L串联接入直流配电线路中；预充电回路2包括第一预充电装置8。
第一限流电感L的第二引出端子在直流配电线路第三连接点3连接；第二电力电子开关器件S2的第二引出端子和第二二极管D2的第一引出端子在直流配电线路的第四连接点4连接；第一限流电感L的第一引出端子、第一二极管D1的第一引出端子和第一电力电子开关器件S1的第二引出端子在第五连接点5连接；第一电力电子开关器件S1的第一引出端子、第二电力电子开关器件S2的第一引出端子、第一避雷器Z的第一引出端子、第一电容器C的第一引出端子和第一预充电装置8的第一引出端子在第六连接点6连接；第一二极管D1的第二引出端子、第二二极管D2的第二引出端子、第一避雷器Z的第二引出端子、第一电容器C的第二引出端子和第一预充电装置8的第二引出端子在第七连接点7连接。
电力电子开关器件均能够用GTO、IGBT或IGCT进行代替。
第一预充电装置8由第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6组成的整流桥代替，整流桥输入侧为直流配电线路电压。
如图5所示，第一限流电感L的第二引出端子和第一电阻R的第一引出端子在直流配电线路第三连接点3连接；第二电力电子开关器件S2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的第四连接点4连接；第一限流电感L的第一引出端子、第三电力电子开关器件S3的第一引出端子和第一电力电子开关器件S1的第二引出端子在第五连接点5连接；第一电力电子开关器件S1的第一引出端子、第二电力电子开关器件S2的第一引出端子、第一避雷器Z的第一引出端子、第一电容器C的第一引出端子、第三二极管D3的第一引出端子和第四二极管D4的第一引出端子在第六连接点6连接；第三电力电子开关器件S3的第二引出端子、第四电力电子开关器件S4的第二引出端子、第一避雷器Z的第二引出端子、第一电容器C的第二引出端子、第五二极管D5的第二引出端子和第六二极管D6的第二引出端子在第七连接点7连接；第四二极管D4的第二引出端子和第六二极管D6的第一引出端在第八连接点8连接；第三二极管D3的第二引出端子、第五二极管D5的第一引出端子和第一电阻R的第二引出端子在第九连接点9连接。
第一预充电装置8由第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6组成的整流桥进代替，整流桥输入侧为外接入交流电压。
如图6所示，第一限流电感L的第二引出端子在直流配电线路第三连接点3连接；第二电力电子开关器件S2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的第四连接点4连接；第一限流电感L的第一引出端子、第三电力电子开关器件S3的第一引出端子和第一电力电子开关器件S1的第二引出端子在第五连接点5连接；第一电力电子开关器件S1的第一引出端子、第二电力电子开关器件S2的第一引出端子、第一避雷器Z的第一引出端子、第一电容器C的第一引出端子、第三二极管D3的第一引出端子和第四二极管D4的第一引出端子在第六连接点6连接；第三电力电子开关器件S3的第二引出端子、第四电力电子开关器件S4的第二引出端子、第一避雷器Z的第二引出端子、第一电容器C的第二引出端子、第五二极管D5的第二引出端子和第六二极管D6的第二引出端子在第七连接点7连接；第四二极管D4的第二引出端子、第六二极管D6的第一引出端和第一变压器TR的第四引出端子在第八连接点8连接；第三二极管D3的第二引出端子、第五二极管D5的第一引出端子和第一电阻R的第二引出端子在第九连接点9连接；第一电阻R的第一引出端子和第一变压器TR的第二引出端子在第十连接点10连接；第一变压器TR的第一引出端子在外接交流线路第十一连接点11连接；第一变压器TR的第三引出端子在外接交流线路第十二连接点12连接。
实施例4
图4所示为本发明的实施例4。如图4所示，本发明的直流限流开断装置包括：限流阻断回路1和预充电回路2；所述限流阻断回路包括第一电容器C、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、第一二极管D1、第二二极管D2和第一限流电感L，串联接入直流配电线路中；预充电回路2包括第一预充电装置8。
第一限流电感L的第二引出端子在直流配电线路第三连接点3连接；第二二极管D2的第二引出端子和第二电力电子开关器件S2的第一引出端子在直流配电线路的第四连接点4连接；第一限流电感L的第一引出端子、第一二极管D1的第二引出端子和第一电力电子开关器件S1的第一引出端子在第五连接点5连接；第一二极管D1的第一引出端子、第二二极管D2的第一引出端子、第一避雷器Z的第一引出端子、第一电容器C的第一引出端子和第一预充电装置8的第一引出端子在第六连接点6连接；第一电力电子开关器件S1的第二引出端子、第二电力电子开关器件S2的第二引出端子、第一避雷器Z的第二引出端子、第一电容器C的第二引出端子和第一预充电装置8的第二引出端子在第七连接点7连接。
电力电子开关器件均能够用GTO、IGBT或IGCT进行代替。
第一预充电装置8由第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6组成的整流桥代替，整流桥输入侧为直流配电线路电压。
如图5所示，第一限流电感L的第二引出端子和第一电阻R的第一引出端子在直流配电线路第三连接点3连接；第二电力电子开关器件S2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的第四连接点4连接；第一限流电感L的第一引出端子、第三电力电子开关器件S3的第一引出端子和第一电力电子开关器件S1的第二引出端子在第五连接点5连接；第一电力电子开关器件S1的第一引出端子、第二电力电子开关器件S2的第一引出端子、第一避雷器Z的第一引出端子、第一电容器C的第一引出端子、第三二极管D3的第一引出端子和第四二极管D4的第一引出端子在第六连接点6连接；第三电力电子开关器件S3的第二引出端子、第四电力电子开关器件S4的第二引出端子、第一避雷器Z的第二引出端子、第一电容器C的第二引出端子、第五二极管D5的第二引出端子和第六二极管D6的第二引出端子在第七连接点7连接；第四二极管D4的第二引出端子和第六二极管D6的第一引出端在第八连接点8连接；第三二极管D3的第二引出端子、第五二极管D5的第一引出端子和第一电阻R的第二引出端子在第九连接点9连接。
第一预充电装置8由第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6组成的整流桥进代替，整流桥输入侧为外接入交流电压。
如图6所示，第一限流电感L的第二引出端子在直流配电线路第三连接点3连接；第二电力电子开关器件S2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的第四连接点4连接；第一限流电感L的第一引出端子、第三电力电子开关器件S3的第一引出端子和第一电力电子开关器件S1的第二引出端子在第五连接点5连接；第一电力电子开关器件S1的第一引出端子、第二电力电子开关器件S2的第一引出端子、第一避雷器Z的第一引出端子、第一电容器C的第一引出端子、第三二极管D3的第一引出端子和第四二极管D4的第一引出端子在第六连接点6连接；第三电力电子开关器件S3的第二引出端子、第四电力电子开关器件S4的第二引出端子、第一避雷器Z的第二引出端子、第一电容器C的第二引出端子、第五二极管D5的第二引出端子和第六二极管D6的第二引出端子在第七连接点7连接；第四二极管D4的第二引出端子、第六二极管D6的第一引出端和第一变压器TR的第四引出端子在第八连接点8连接；第三二极管D3的第二引出端子、第五二极管D5的第一引出端子和第一电阻R的第二引出端子在第九连接点9连接；第一电阻R的第一引出端子和第一变压器TR的第二引出端子在第十连接点10连接；第一变压器TR的第一引出端子在外接交流线路第十一连接点11连接；第一变压器TR的第三引出端子在外接交流线路第十二连接点12连接。
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 (4)

1.一种直流配电网的限流阻断装置，其特征在于，包括：限流阻断回路(1)和预充电回路(2)；所述限流阻断回路包括第一电容器(C)、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)、第四电力电子开关器件(S4)和第一限流电感(L)，串联接入直流配电线路中；预充电回路(2)包括第一预充电装置(8)；
第一限流电感(L)的第二引出端子在直流配电线路第三连接点(3)连接；第二电力电子开关器件(S2)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的第四连接点(4)连接；第一限流电感(L)的第一引出端子、第三电力电子开关器件(S3)的第一引出端子和第一电力电子开关器件(S1)的第二引出端子在第五连接点(5)连接；第一电力电子开关器件(S1)的第一引出端子、第二电力电子开关器件(S2)的第一引出端子、第一避雷器(Z)的第一引出端子、第一电容器(C)的第一引出端子和第一预充电装置(8)的第一引出端子在第六连接点(6)连接；第三电力电子开关器件(S3)的第二引出端子、第四电力电子开关器件(S4)的第二引出端子、第一避雷器(Z)的第二引出端子、第一电容器(C)的第二引出端子和第一预充电装置(8)的第二引出端子在第七连接点(7)连接；
(1)当直流电流由第三连接点(3)流入第四连接点(4)时，在直流配电线路正常运行时，第二电力电子开关器件(S2)闭合，直流配电线路电流经第一限流电感(L)、第一电力电子开关器件(S1)反并联二极管和第二电力电子开关器件(S2)流入到第四连接点(4)，同时第一预充电装置(8)为第一电容器(C)进行预充电；当检测到直流配电线路短路故障时，第二电力电子开关器件(S2)迅速关断，故障电流经第一限流电感(L)、第一电力电子开关器件(S1)反并联二极管、第一电容器(C)和第四电力电子开关器件(S4)的反并联二极管流入到第四连接点(4)，由于第一电容器(C)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，当第一电容器(C)电压升高到阈值，第一避雷器(Z)开始动作，吸收故障能量；
(2)当直流电流由第四连接点(4)流入第三连接点(3)时，在直流配电线路正常运行时，第一电力电子开关器件(S1)为导通状态，直流配电线路电流经第二电力电子开关器件(S2)反并联二极管、第一电力电子开关器件(S1)和第一限流电感(L)流入到第三连接点(3)，同时第一预充电装置(8)为第一电容器(C)进行预充电；当检测到直流配电线路短路故障时，第一电力电子开关器(S1)迅速关断，故障电流经第二电力电子开关器件(S2)反并联二极管、第一电容器(C)、第三电力电子开关器件(S3)的反并联二极管和第一限流电感(L)流入到第三连接点(3)，由于第一电容器(C)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；当第一电容器(C)电压升高到阈值，第一避雷器(Z)开始动作，吸收故障能量；
(3)当直流电流由第三连接点(3)流入第四连接点(4)时，在直流配电线路正常运行时，第二电力电子开关器件(S2)闭合，线路电流经第一限流电感(L)、第一电力电子开关器件(S1)反并联二极管和第二电力电子开关器件(S2)流入到第四连接点(4)，同时第一预充电装置(8)为第一电容器(C)进行预充电；当检测到直流配电网线路短路故障时，第二电力电子开关器(S2)迅速关断，故障电流经第一限流电感(L)、第一电力电子开关器件(S1)反并联二极管、第一电容器(C)和第四电力电子开关器件(S4)的反并联二极管流入到第四连接点(4)，由于第一电容器(C)初始电压大于直流配电线路电压，故障电流开始下降，限制故障电流上升；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，完成故障电流最后阻断；
(4)当直流电流由第四连接点(4)流入第三连接点(3)时，在直流配电线路正常运行时，第一电力电子开关器件(S1)闭合，直流配电线路电流经第二电力电子开关器件(S2)反并联二极管、第一电力电子开关器件(S1)和第一限流电感(L)流入到第三连接点(3)，同时第一预充电装置(8)为第一电容器(C)进行预充电；当检测到线路短路故障时，第一电力电子开关器(S1)迅速关断，故障电流经第二电力电子开关器件(S2)反并联二极管、第一电容器(C)、第三电力电子开关器件(S3)的反并联二极管和第一限流电感(L)流入到第三连接点(3)，由于第一电容器(C)初始电压大于直流配电线路电压，故障电流开始下降，限制故障电流上升；当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，完成故障电流最后阻断。
2.根据权利要求1所述的直流配电网的限流阻断装置，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。
3.根据权利要求1所述的直流配电网的限流阻断装置，其特征在于：所述第一预充电装置(8)由第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)和第六二极管(D6)组成的整流桥代替，整流桥输入侧为直流配电线路电压；
第一限流电感(L)的第二引出端子和第一电阻(R)的第一引出端子在直流配电线路第三连接点(3)连接；第二电力电子开关器件(S2)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的第四连接点(4)连接；第一限流电感(L)的第一引出端子、第三电力电子开关器件(S3)的第一引出端子和第一电力电子开关器件(S1)的第二引出端子在第五连接点(5)连接；第一电力电子开关器件(S1)的第一引出端子、第二电力电子开关器件(S2)的第一引出端子、第一避雷器(Z)的第一引出端子、第一电容器(C)的第一引出端子、第三二极管(D3)的第一引出端子和第四二极管(D4)的第一引出端子在第六连接点(6)连接；第三电力电子开关器件(S3)的第二引出端子、第四电力电子开关器件(S4)的第二引出端子、第一避雷器(Z)的第二引出端子、第一电容器(C)的第二引出端子、第五二极管(D5)的第二引出端子和第六二极管(D6)的第二引出端子在第七连接点(7)连接；第四二极管(D4)的第二引出端子和第六二极管(D6)的第一引出端在第八连接点(8)连接；第三二极管(D3)的第二引出端子、第五二极管(D5)的第一引出端子和第一电阻(R)的第二引出端子在第九连接点(9)连接。
4.根据权利要求1所述的直流配电网的限流阻断装置，其特征在于：所述第一预充电装置(8)由第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)和第六二极管(D6)组成的整流桥进代替，整流桥输入侧为外接入交流电压；
第一限流电感(L)的第二引出端子在直流配电线路第三连接点(3)连接；第二电力电子开关器件(S2)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的第四连接点(4)连接；第一限流电感(L)的第一引出端子、第三电力电子开关器件(S3)的第一引出端子和第一电力电子开关器件(S1)的第二引出端子在第五连接点(5)连接；第一电力电子开关器件(S1)的第一引出端子、第二电力电子开关器件(S2)的第一引出端子、第一避雷器(Z)的第一引出端子、第一电容器(C)的第一引出端子、第三二极管(D3)的第一引出端子和第四二极管(D4)的第一引出端子在第六连接点(6)连接；第三电力电子开关器件(S3)的第二引出端子、第四电力电子开关器件(S4)的第二引出端子、第一避雷器(Z)的第二引出端子、第一电容器(C)的第二引出端子、第五二极管(D5)的第二引出端子和第六二极管(D6)的第二引出端子在第七连接点(7)连接；第四二极管(D4)的第二引出端子、第六二极管(D6)的第一引出端和第一变压器(TR)的第四引出端子在第八连接点(8)连接；第三二极管(D3)的第二引出端子、第五二极管(D5)的第一引出端子和第一电阻(R)的第二引出端子在第九连接点(9)连接；第一电阻(R)的第一引出端子和第一变压器(TR)的第二引出端子在第十连接点(10)连接；第一变压器(TR)的第一引出端子在外接交流线路第十一连接点(11)连接；第一变压器(TR)的第三引出端子在外接交流线路第十二连接点(12)连接。
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