CN108075456B - 一种多功能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多功能故障电流控制器及控制方法，其由串联变换器回路(1)和并联变换器回路(2)组成。串联变换器回路(1)由NPC全桥电路、LCL滤波器、直流电容和直流泄放电阻组成，并联变换器回路(2)由NPC三电平DAB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

一种多功能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用的多功能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
较之交流配电网系统，直流配电网可以直接通过DC/DC变换器将多种电源和负荷接入系统，无需额外的能量转换环节，极大程度提高配电网的传送效率。此外，在电压等级、导体截面、电流密度和走廊宽度相当的情况下，直流配电网输送的功率高于交流系统。同时，直流配电网不存在交流系统频率、相位等同步问题，在分布式电源并网时具有明显技术优势。对于日渐紧张的城市人口、交通和城市环境等问题，通过可再生能源接入的直流配电网，能够实现绿色生态、低碳高效的电力能源传输。
针对交流系统，柔性交流输电系统(FACTS)是提升其可靠性、可控性、运行性能和电能质量的重要手段。仿照交流FACTS的思想，相关学者提出了直流FACTS的概念，并系统的研究了直流电压补偿器、直流潮流控制器、直流故障限流器等直流FACTS装备及其在电网中的应用特性。直流电压补偿器可以补偿直流馈线的电压降落，保证线路其他负荷供电电能质量；直流电压补偿器同时还可以调节可再生能源接入点电压，以减少由于分布式可再生能源的波动性和间歇性所带来的长馈线潮流大幅变化，以降低网损；直流潮流控制器可以解决因线路阻抗的差异引起的潮流分配不均匀，保证线路电缆的载流量一致和节点电源的功率均衡；故障限流器在线路发生短路故障时限制短路电流上升率，使直流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。
近年来，交流FACTS多功能复用成为国内外学者关注的研究内容，如专利CN201310234552.4和CN201410169312.5，利用PWM整流器实现交流故障电流限流。然后针对直流FACTS研究，现有研究关注独立功能的直流设备，装置复用的相关研究鲜有发表。为进一步提升直流FACTS装备的性价比，借鉴交流FACTS多功能复用的研究成果，本发明设计了一种新型多功能故障电流控制器，使其同时具备电压补偿、潮流控制、故障限流和阻断等多种功能。现有的直流电压补偿器、潮流控制器等直流FACTS拓扑都以DC-DC变换器为主流拓扑，在硬件电路上比较接近；而故障限流器和直流断路器拓扑以开关器件、电感构成的主导通支路和转移支路为主要结构，电路结构类似。硬件电路上的相似性使得直流FACTS的功能复用具备可行性。同时，实际应用中电压补偿和潮流控制需要长时间的投入运行，而故障限流、故障分断等保护功能则仅在发生故障的很短一段时间内投入工作，所以该多功能故障限流器可以功能复用并有效提升故障限流、故障分断等装置的利用率，避免其长期闲置。最后，多功能一体化设计节约了直流FACTS的硬件成本和安装成本，大幅提高直流FACTS装备的性价比。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于直流配电网用的多功能故障电流控制器及控制方法，具有电压补偿、潮流控制、故障限流和阻断等多种功能，有效提高直流配电网装置的综合利用率。
本发明的多功能故障电流控制器共有以下三种结构方式：
1、方案一：多功能故障电流控制器包括串联变换器回路和并联变换器回路，串联变换器回路串联接入直流配电线路的第三连接点和直流配电线路的第四连接点之间。
所述串联变换器回路包括第一电感、第一电容器、第二电感、第一NPC桥臂、第二NPC桥臂、第二电容器、第三电容器、第一电阻和第二电阻；所述并联变换器回路包括第三NPC桥臂、第四NPC桥臂、第五NPC桥臂、第六NPC桥臂、第四电容器、第五电容器、第三电感、第一变压器。其中每组NPC桥臂从上至下由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、第一二极管和第二二极管组成。第一电感的第一引出端子、第五NPC桥臂的第一引出端子、第六NPC桥臂的第一引出端子和第四电容器的第一引出端子在第三连接点连接；第一电容器的第二引出端子和第二NPC桥臂的第三引出端子在第四连接点连接；第一电感的第二引出端子、第二电感的第二引出端子和第一电容器的第一引出端子在第五连接点连接；第一NPC桥臂的第三引出端子和第二电感的第一引出端子在第六连接点连接；第一NPC桥臂的第一引出端子、第二NPC桥臂的第一引出端子、第二电容器的第一引出端子、第一电阻的第一引出端子、第三NPC桥臂的第一引出端子和第四NPC桥臂的第一引出端子在第七连接点连接；第一NPC桥臂的第二引出端子、第二NPC桥臂的第二引出端子、第二电容器的第二引出端子、第一电阻的第二引出端子、第三电容器的第一引出端子、第二电阻的第一引出端子、第三NPC桥臂的第三引出端子和第四NPC桥臂的第三引出端子在第八连接点连接；第一NPC桥臂的第四引出端子、第二NPC桥臂的第四引出端子、第三电容器的第二引出端子、第二电阻的第二引出端子、第三NPC桥臂的第四引出端子和第四NPC桥臂的第四引出端子在第九连接点连接；第三NPC桥臂的第二引出端子和第一变压器的第三引出端子在第十连接点连接；第四NPC桥臂的第二引出端子和第一变压器的第四引出端子在第十一连接点连接；第三电感的第二引出端子和第一变压器的第一引出端子在第十二连接点连接；第三电感的第一引出端子和第五NPC桥臂的第三引出端子在第十三连接点连接；第六NPC桥臂的第三引出端子和第一变压器的第二引出端子在第十四连接点连接；第五NPC桥臂的第二引出端子、第六NPC桥臂的第二引出端子、第四电容器的第二引出端子和第五电容器的第一引出端子在第十五连接点连接；第五NPC桥臂的第四引出端子、第六NPC桥臂的第四引出端子和第五电容器的第二引出端子在第十六连接点连接。
2、方案二：多功能故障电流控制器包括串联变换器回路和并联变换器回路，串联变换器回路串联接入直流配电线路的第三连接点和直流配电线路的第四连接点之间；
所述串联变换器回路包括第一电感、第一电容器、第二电感、第一NPC桥臂、第二电容器、第三电容器、第一电阻和第二电阻；所述并联变换器回路包括第二NPC桥臂、第三NPC桥臂、第四NPC桥臂、第五NPC桥臂、第四电容器、第五电容器、第三电感、第一变压器。其中每组NPC桥臂从上至下由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、第一二极管和第二二极管组成。第一电感的第一引出端子、第四NPC桥臂的第一引出端子、第五NPC桥臂的第一引出端子和第四电容器的第一引出端子在第三连接点连接；第一电容器的第二引出端子、第一NPC桥臂的第二引出端子、第二电容器的第二引出端子、第一电阻的第二引出端子、第三电容器的第一引出端子、第二电阻的第一引出端子、第二NPC桥臂的第三引出端子和第三NPC桥臂的第三引出端子在第四连接点连接；第一电感的第二引出端子、第二电感的第二引出端子和第一电容器的第一引出端子在第五连接点连接；第一NPC桥臂的第三引出端子和第二电感的第一引出端子在第六连接点连接；第一NPC桥臂的第一引出端子、第二电容器的第一引出端子、第一电阻的第一引出端子、第二NPC桥臂的第一引出端子和第三NPC桥臂的第一引出端子在第七连接点连接；第一NPC桥臂的第四引出端子、第三电容器的第二引出端子、第二电阻的第二引出端子、第二NPC桥臂的第四引出端子和第三NPC桥臂的第四引出端子在第八连接点连接；第二NPC桥臂的第二引出端子和第一变压器的第三引出端子在第九连接点连接；第三NPC桥臂的第二引出端子和第一变压器的第四引出端子在第十连接点连接；第三电感的第二引出端子和第一变压器的第一引出端子在第十一连接点连接；第三电感的第一引出端子和第四NPC桥臂的第三引出端子在第十二连接点连接；第五NPC桥臂的第三引出端子和第一变压器的第二引出端子在第十三连接点连接；第四NPC桥臂的第二引出端子、第五NPC桥臂的第二引出端子、第四电容器的第二引出端子和第五电容器的第一引出端子在第十四连接点连接；第四NPC桥臂的第四引出端子、第五NPC桥臂的第四引出端子和第五电容器的第二引出端子在第十五连接点连接。
3、方案三：多功能故障电流控制器包括串联变换器回路和并联变换器回路，串联变换器回路串联接入直流配电线路的第三连接点和直流配电线路的第四连接点之间；
所述串联变换器回路包括第一电感、第一电容器、第二电感、第一电容箝位三电平桥臂、第二电容箝位三电平桥臂、第二电容器、第一电阻；所述并联变换器回路包括第三电容箝位三电平桥臂、第四电容箝位三电平桥臂、第五电容箝位三电平桥臂、第六电容箝位三电平桥臂、第三电容器、第三电感和第一变压器。其中每组电容箝位三电平桥臂从上至下由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、箝位电容器组成。第一电感的第一引出端子、第五电容箝位三电平桥臂的第一引出端子、第六电容箝位三电平桥臂的第一引出端子和第三电容器的第一引出端子在第三连接点连接；第一电容器的第二引出端子和第二电容箝位三电平桥臂的第二引出端子在第四连接点连接；第一电感的第二引出端子、第二电感的第二引出端子和第一电容器的第一引出端子在第五连接点连接；第一电容箝位三电平桥臂的第二引出端子和第二电感的第一引出端子在第六连接点连接；第一电容箝位三电平桥臂的第一引出端子、第二电容箝位三电平桥臂的第一引出端子、第二电容器的第一引出端子、第一电阻的第一引出端子、第三电容箝位三电平桥臂的第一引出端子和第四电容箝位三电平桥臂的第一引出端子在第七连接点连接；第一电容箝位三电平桥臂的第三引出端子、第二电容箝位三电平桥臂的第三引出端子、第二电容器的第二引出端子、第二电阻的第二引出端子、第三电容箝位三电平桥臂的第三引出端子和第四电容箝位三电平桥臂的第三引出端子在第八连接点连接；第三电容箝位三电平桥臂的第二引出端子和第一变压器的第三引出端子在第九连接点连接；第四电容箝位三电平桥臂的第二引出端子和第一变压器的第四引出端子在第十连接点连接；第三电感的第二引出端子和第一变压器的第一引出端子在第十一连接点连接；第三电感的第一引出端子和第五电容箝位三电平桥臂的第二引出端子在第十二连接点连接；第六电容箝位三电平桥臂的第二引出端子和第一变压器的第二引出端子在第十三连接点连接；第五电容箝位三电平桥臂的第三引出端子、第六电容箝位三电平桥臂的第三引出端子和第三电容器的第二引出端子在第十四连接点连接。
本发明第一种结构形式的多功能故障电流控制器中：
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，通过电压环控制和中点平衡控制稳定第二电容器和第三电容器的电压，第二电容器和第三电容器的稳态电压之和大于配电线路电压；串联变换器回路通过检测直流配电线路第三连接点和第四连接点之间电压，将第三连接点和第四连接点之间电压差值作为控制目标，通过改变第三连接点和第四连接点之间电压，维持第三连接点或第四连接点的直流电压稳点；
当直流配电网电流从第三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和并联变换器回路的所有电力电子开关器件的脉冲，故障电流经第一NPC桥臂的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反并联二极管、第二电容器、第三电容器、第二NPC桥臂的第三电力电子开关器件反并联二极管和第四电力电子开关器件反并联二极管流入到第四连接点，由于第二电容器和第三电容器初始电压之和大于直流线路电压，故障电流开始下降，实现直流配电网故障电流阻断；
当直流配电网电流从第四连接点流入第三连接点时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路和并联变换器回路的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第一NPC桥臂的第三电力电子开关器件反并联二极管和第四电力电子开关器件反并联二极管、第二电容器、第三电容器、第二NPC桥臂第一电力电子开关器件反并联二极管和第四电力电子开关器件反并联二极管流入到第三连接点，由于第二电容器和第三电容器初始电压之和大于直流线路电压，故障电流开始下降，实现直流配电网的故障电流阻断；
当直流配电网电流从第三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和并联变换器回路的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第一NPC桥臂的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反并联二极管、第二电容器、第三电容器和第二NPC桥臂的第三电力电子开关器件反并联二极管和第四电力电子开关器件反并联二极管流入到第四连接点，由于第二电容器和第三电容器初始电压之和大于直流线路电压，故障电流开始下降，当故障电流下降到恢复阈值时，闭合电力第二NPC桥臂的第一电力电子开关器件和第二电力电子开关器件，如果此时故障已经消除，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，直流配电线路电流继续升高，当再次达到故障电流动作阈值时，封锁第二NPC桥臂的第一电力电子开关器件和第二电力电子开关器件脉冲信号，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四连接点流入第三连接点时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路和并联变换器回路的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第一NPC桥臂的第三电力电子开关器件反并联二极管和第四电力电子开关器件反并联二极管、第二电容器、第三电容器、第二NPC桥臂的第一电力电子开关器件反并联二极管和第四电力电子开关器件反并联二极管流入到第三连接点，由于第二电容器和第三电容器初始电压之和大于直流线路电压，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NPC桥臂的第一电力电子开关器件和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，直流配电线路电流继续升高，当再次达到故障电流动作阈值时，封锁第一NPC桥臂的第一电力电子开关器件和第二电力电子开关器件脉冲信号，故障电流下降至零，完成故障电流的最后阻断。
本发明的电力电子开关器件均可以用GTO、IGBT或IGCT进行代替。
所述的第一电阻均可以用第一避雷器代替，进行故障能量吸收。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明多功能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)本发明多功能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)本发明多功能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)本发明多功能故障电流控制器的优势在于集成了上述的电压调节功能、故障电流阻断和限流功能，提高了设备的综合利用率，这是传统直流设备所不具备的；
(5)本发明多功能故障电流控制器可以调节故障电流判断阈值，使得直流配电线路在发生短路故障时进行快速判断，并进行故障判断，增加配网可靠性；
(6)本发明多功能故障电流控制器可以通过调节串联变换回路的开关器件，使得直流配电路在故障阻断后将反向电压接入直流配电线路中，保证直流配电线路具备小电流控制下的重合闸功能，保证配网故障下平稳启动；
(7)根据本发明权利要求关于控制方法的阐述可以看出，该多功能故障电流控制器可实现对故障电流的双向限流、阻断，方便接入具备能量双向流动的直流配电线路中。
(8)本发明多功能故障电流控制器采用三电平结构，降低电力电子开关器件的电压应力。
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。
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，本发明的多功能故障电流控制器包括串联变换器回路1和并联变换器回路2。串联变换器回路1包括第一电感L1、第一电容器C1、第二电感L2、第一NPC桥臂17、第二NPC桥臂18、第二电容器C2、第三电容器C3、第一电阻R1和第二电阻R2；所述并联变换器回路2包括第三NPC桥臂19、第四NPC桥臂20、第五NPC桥臂21、第六NPC桥臂22、第四电容器C4、第五电容器C5、第三电感L3、第一变压器TR1。第一电感L1的第一引出端子、第五NPC桥臂21的第一引出端子、第六NPC桥臂22的第一引出端子和第四电容器C4的第一引出端子在第三连接点3连接；第一电容器C1的第二引出端子和第二NPC桥臂18的第三引出端子在第四连接点4连接；第一电感L1的第二引出端子、第二电感L2的第二引出端子和第一电容器C1的第一引出端子在第五连接点5连接；第一NPC桥臂17的第三引出端子和第二电感L2的第一引出端子在第六连接点6连接；第一NPC桥臂17的第一引出端子、第二NPC桥臂18的第一引出端子、第二电容器C2的第一引出端子、第一电阻R1的第一引出端子、第三NPC桥臂19的第一引出端子和第四NPC桥臂20的第一引出端子在第七连接点7连接；第一NPC桥臂17的第二引出端子、第二NPC桥臂18的第二引出端子、第二电容器C2的第二引出端子、第一电阻R1的第二引出端子、第三电容器C3的第一引出端子、第二电阻R2的第一引出端子、第三NPC桥臂19的第三引出端子和第四NPC桥臂20的第三引出端子在第八连接点8连接；第一NPC桥臂17的第四引出端子、第二NPC桥臂18的第四引出端子、第三电容器C3的第二引出端子、第二电阻R2的第二引出端子、第三NPC桥臂19的第四引出端子和第四NPC桥臂20的第四引出端子在第九连接点9连接；第三NPC桥臂19的第二引出端子和第一变压器TR1的第三引出端子在第十连接点10连接；第四NPC桥臂20的第二引出端子和第一变压器TR1的第四引出端子在第十一连接点11连接；第三电感L3的第二引出端子和第一变压器TR1的第一引出端子在第十二连接点12连接；第三电感L3的第一引出端子和第五NPC桥臂21的第三引出端子在第十三连接点13连接；第六NPC桥臂22的第三引出端子和第一变压器TR1的第二引出端子在第十四连接点14连接；第五NPC桥臂21的第二引出端子、第六NPC桥臂22的第二引出端子、第四电容器C4的第二引出端子和第五电容器C5的第一引出端子在第十五连接点15连接；第五NPC桥臂21的第四引出端子、第六NPC桥臂22的第四引出端子和第五电容器C5的第二引出端子在第十六连接点16连接。
在直流配电网带负荷稳态运行下，并联变换器回路2的输入侧并联接入到直流配电网中，通过电压环控制和中点平衡控制稳定第二电容器C2和第三电容器C3的电压，第二电容器C2和第三电容器C3的稳态电压之和大于配电线路电压；串联变换器回路1通过检测直流配电线路第三连接点3和第四连接点4之间电压，将第三连接点3和第四连接点4之间电压差值作为控制目标，通过改变第三连接点3和第四连接点4之间电压，维持第三连接点3或第四连接点4的直流电压稳点；
当直流配电网电流从第三连接点3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1和并联变换器回路2的所有电力电子开关器件的脉冲，故障电流经第一NPC桥臂17的第一电力电子开关器件S11反并联二极管和第二电力电子开关器件S12反并联二极管、第二电容器C2、第三电容器C3、第二NPC桥臂18的第三电力电子开关器件S23反并联二极管和第四电力电子开关器件S24反并联二极管流入到第四连接点4，由于第二电容器C2和第三电容器C3初始电压之和大于直流线路电压，故障电流开始下降，实现直流配电网故障电流阻断；
当直流配电网电流从第四连接点4流入第三连接点3时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路1和并联变换器回路2的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第一NPC桥臂17的第三电力电子开关器件S13反并联二极管和第四电力电子开关器件S14反并联二极管、第二电容器C2、第三电容器C3、第二NPC桥臂18第一电力电子开关器件S21反并联二极管和第四电力电子开关器件S24反并联二极管流入到第三连接点3，由于第二电容器C2和第三电容器C3初始电压之和大于直流线路电压，故障电流开始下降，实现直流配电网的故障电流阻断；
当直流配电网电流从第三连接点3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1和并联变换器回路2的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第一NPC桥臂17的第一电力电子开关器件S11反并联二极管和第二电力电子开关器件S12反并联二极管、第二电容器C2、第三电容器C3和第二NPC桥臂18的第三电力电子开关器件S23反并联二极管和第四电力电子开关器件S24反并联二极管流入到第四连接点4，由于第二电容器C2和第三电容器C3初始电压之和大于直流线路电压，故障电流开始下降，当故障电流下降到恢复阈值时，闭合电力第二NPC桥臂18的第一电力电子开关器件S21和第二电力电子开关器件S22，如果此时故障已经消除，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，直流配电线路电流继续升高，当再次达到故障电流动作阈值时，封锁第二NPC桥臂18的第一电力电子开关器件S21和第二电力电子开关器件S22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四连接点4流入第三连接点3时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路1和并联变换器回路2的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第一NPC桥臂17的第三电力电子开关器件S13反并联二极管和第四电力电子开关器件S14反并联二极管、第二电容器C2、第三电容器C3、第二NPC桥臂18第一电力电子开关器件S21反并联二极管和第四电力电子开关器件S24反并联二极管流入到第三连接点3，由于第二电容器C2和第三电容器C3初始电压之和大于直流线路电压，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NPC桥臂17的第一电力电子开关器件S11和第二电力电子开关器件S12，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，直流配电线路电流继续升高，当再次达到故障电流动作阈值时，封锁第一NPC桥臂17的第一电力电子开关器件S11和第二电力电子开关器件S12脉冲信号，故障电流下降至零，完成故障电流的最后阻断。
实施例2
图2所示为本发明的实施例2。如图2所示，本发明的多功能故障电流控制器包括串联变换器回路1和并联变换器回路2。串联变换器回路1包括第一电感L1、第一电容器C1、第二电感L2、第一NPC桥臂17、第二电容器C2、第三电容器C3、第一电阻R1和第二电阻R2；所述并联变换器回路2包括第二NPC桥臂19、第三NPC桥臂20、第四NPC桥臂21、第五NPC桥臂22、第四电容器C4、第五电容器C5、第三电感L3、第一变压器TR1。第一电感L1的第一引出端子、第四NPC桥臂21的第一引出端子、第五NPC桥臂22的第一引出端子和第四电容器C4的第一引出端子在第三连接点3连接；第一电容器C1的第二引出端子、第一NPC桥臂18的第二引出端子、第二电容器C2的第二引出端子、第一电阻R1的第二引出端子、第三电容器C3的第一引出端子、第二电阻R2的第一引出端子、第二NPC桥臂19的第三引出端子和第三NPC桥臂20的第三引出端子在第四连接点4连接；第一电感L1的第二引出端子、第二电感L2的第二引出端子和第一电容器C1的第一引出端子在第五连接点5连接；第一NPC桥臂17的第三引出端子和第二电感L2的第一引出端子在第六连接点6连接；第一NPC桥臂17的第一引出端子、第二电容器C2的第一引出端子、第一电阻R1的第一引出端子、第二NPC桥臂19的第一引出端子和第三NPC桥臂20的第一引出端子在第七连接点7连接；第一NPC桥臂17的第四引出端子、第三电容器C3的第二引出端子、第二电阻R2的第二引出端子、第二NPC桥臂19的第四引出端子和第三NPC桥臂20的第四引出端子在第八连接点8连接；第二NPC桥臂19的第二引出端子和第一变压器TR1的第三引出端子在第九连接点9连接；第三NPC桥臂20的第二引出端子和第一变压器TR1的第四引出端子在第十连接点10连接；第三电感L3的第二引出端子和第一变压器TR1的第一引出端子在第十一连接点11连接；第三电感L3的第一引出端子和第四NPC桥臂21的第三引出端子在第十二连接点12连接；第五NPC桥臂22的第三引出端子和第一变压器TR1的第二引出端子在第十三连接点13连接；第四NPC桥臂21的第二引出端子、第五NPC桥臂22的第二引出端子、第四电容器C4的第二引出端子和第五电容器C5的第一引出端子在第十四连接点14连接；第四NPC桥臂21的第四引出端子、第五NPC桥臂22的第四引出端子和第五电容器C5的第二引出端子在第十五连接点15连接。
在直流配电网带负荷稳态运行下，并联变换器回路2的输入侧并联接入到直流配电网中，通过电压环控制和中点平衡控制稳定第二电容器C2和第三电容器C3的电压，第二电容器C2和第三电容器C3的稳态电压之和大于配电线路电压；串联变换器回路1通过检测直流配电线路第三连接点3和第四连接点4之间电压，将第三连接点3和第四连接点4之间电压差值作为控制目标，通过改变第三连接点3和第四连接点4之间电压，维持第三连接点3或第四连接点4的直流电压稳点；
当直流配电网电流从第三连接点3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1和并联变换器回路2的所有电力电子开关器件的脉冲，故障电流经第一NPC桥臂17的第一电力电子开关器件S11反并联二极管和第二电力电子开关器件S12反并联二极管、第二电容器C2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；
当直流配电网电流从第四连接点4流入第三连接点3时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路1和并联变换器回路2的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第三电容器C3、第一NPC桥臂17第三电力电子开关器件S13反并联二极管和第四电力电子开关器件S14反并联二极管流入到第三连接点3，由于第三电容器C3初始电压大于直流线路电压，故障电流开始下降，实现直流配电网的故障电流阻断；
当直流配电网电流从第三连接点3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1和并联变换器回路2的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第一NPC桥臂17的第一电力电子开关器件S11反并联二极管和第二电力电子开关器件S12反并联二极管、第二电容器C2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，闭合电力第一NPC桥臂17的第三电力电子开关器件S13，如果此时故障已经消除，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，直流配电线路电流继续升高，当再次达到故障电流动作阈值时，封锁第一NPC桥臂17的第三电力电子开关器件S13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四连接点4流入第三连接点3时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路1和并联变换器回路2的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第三电容器C3、第一NPC桥臂17第三电力电子开关器件S13反并联二极管和第四电力电子开关器件S14反并联二极管流入到第三连接点3，由于第三电容器C3初始电压大于直流线路电压，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NPC桥臂17的第二电力电子开关器件S12，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，直流配电线路电流继续升高，当再次达到故障电流动作阈值时，封锁第一NPC桥臂17的第二电力电子开关器件S12脉冲信号，故障电流下降至零，完成故障电流的最后阻断。
实施例3
图3所示为本发明的实施例3。如图3所示，本发明的多功能故障电流控制器包括串联变换器回路1和并联变换器回路2。串联变换器回路1包括第一电感L1、第一电容器C1、第二电感L2、第一电容箝位三电平桥臂15、第二电容箝位三电平桥臂16、第二电容器C2、第一电阻R1；所述并联变换器回路2包括第三电容箝位三电平桥臂17、第四电容箝位三电平桥臂18、第五电容箝位三电平桥臂19、第六电容箝位三电平桥臂20、第三电容器C3、第三电感L3和第一变压器TR1。第一电感L1的第一引出端子、第五电容箝位三电平桥臂19的第一引出端子、第六电容箝位三电平桥臂20的第一引出端子和第三电容器C3的第一引出端子在第三连接点3连接；第一电容器C1的第二引出端子和第二电容箝位三电平桥臂16的第二引出端子在第四连接点4连接；第一电感L1的第二引出端子、第二电感L2的第二引出端子和第一电容器C1的第一引出端子在第五连接点5连接；第一电容箝位三电平桥臂15的第二引出端子和第二电感L2的第一引出端子在第六连接点6连接；第一电容箝位三电平桥臂15的第一引出端子、第二电容箝位三电平桥臂16的第一引出端子、第二电容器C2的第一引出端子、第一电阻R1的第一引出端子、第三电容箝位三电平桥臂17的第一引出端子和第四电容箝位三电平桥臂18的第一引出端子在第七连接点7连接；第一电容箝位三电平桥臂15的第三引出端子、第二电容箝位三电平桥臂16的第三引出端子、第二电容器C2的第二引出端子、第二电阻R2的第二引出端子、第三电容箝位三电平桥臂17的第三引出端子和第四电容箝位三电平桥臂18的第三引出端子在第八连接点8连接；第三电容箝位三电平桥臂17的第二引出端子和第一变压器TR1的第三引出端子在第九连接点9连接；第四电容箝位三电平桥臂18的第二引出端子和第一变压器TR1的第四引出端子在第十连接点10连接；第三电感L3的第二引出端子和第一变压器TR1的第一引出端子在第十一连接点11连接；第三电感L3的第一引出端子和第五电容箝位三电平桥臂19的第二引出端子在第十二连接点12连接；第六电容箝位三电平桥臂20的第二引出端子和第一变压器TR1的第二引出端子在第十三连接点13连接；第五电容箝位三电平桥臂19的第三引出端子、第六电容箝位三电平桥臂20的第三引出端子和第三电容器C4的第二引出端子在第十四连接点14连接。
在直流配电网带负荷稳态运行下，并联变换器回路2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的稳态电压大于配电线路电压；串联变换器回路1通过检测直流配电线路第三连接点3和第四连接点4之间电压，将第三连接点3和第四连接点4之间电压差值作为控制目标，通过改变第三连接点3和第四连接点4之间电压，维持第三连接点3或第四连接点4的直流电压稳点；
当直流配电网电流从第三连接点3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1和并联变换器回路2的所有电力电子开关器件的脉冲，故障电流经第一电容箝位三电平桥臂15的第一电力电子开关器件S11反并联二极管和第二电力电子开关器件S12反并联二极管、第二电容器C2、第二电容箝位三电平桥臂16的第三电力电子开关器件S23反并联二极管和第四电力电子开关器件S24反并联二极管流入到第四连接点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；
当直流配电网电流从第四连接点4流入第三连接点3时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路1和并联变换器回路2的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第一电容箝位三电平桥臂15的第三电力电子开关器件S13反并联二极管和第四电力电子开关器件S14反并联二极管、第二电容器C2、第二电容箝位三电平桥臂16第一电力电子开关器件S21反并联二极管和第四电力电子开关器件S24反并联二极管流入到第三连接点3，由于第二电容器C2初始电压大于直流线路电压，故障电流开始下降，实现直流配电网的故障电流阻断；
当直流配电网电流从第三连接点3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1和并联变换器回路2的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第一电容箝位三电平桥臂15的第一电力电子开关器件S11反并联二极管和第二电力电子开关器件S12反并联二极管、第二电容器C2和第二电容箝位三电平桥臂16的第三电力电子开关器件S23反并联二极管和第四电力电子开关器件S24反并联二极管流入到第四连接点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，闭合电力第二电容箝位三电平桥臂16的第一电力电子开关器件S21和第二电力电子开关器件S22，如果此时故障已经消除，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，直流配电线路电流继续升高，当再次达到故障电流动作阈值时，封锁第二电容箝位三电平桥臂16的第一电力电子开关器件S21和第二电力电子开关器件S22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四连接点4流入第三连接点3时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路1和并联变换器回路2的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第一电容箝位三电平桥臂15的第三电力电子开关器件S13反并联二极管和第四电力电子开关器件S14反并联二极管、第二电容器C2、第二电容箝位三电平桥臂16第一电力电子开关器件S21反并联二极管和第四电力电子开关器件S24反并联二极管流入到第三连接点3，由于第二电容器C2初始电压大于直流线路电压，故障电流开始下降，当故障电流下降到恢复阈值时，闭合第一电容箝位三电平桥臂15的第一电力电子开关器件S11和第二电力电子开关器件S12，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，直流配电线路电流继续升高，当再次达到故障电流动作阈值时，封锁第一电容箝位三电平桥臂15的第一电力电子开关器件S11和第二电力电子开关器件S12脉冲信号，故障电流下降至零，完成故障电流的最后阻断。
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多功能故障电流控制器，其特征在于：所述多功能故障电流控制器包括串联变换器回路(1)和并联变换器回路(2)，串联变换器回路(1)串联接入直流配电线路的第三连接点(3)和直流配电线路的第四连接点(4)之间；
所述串联变换器回路(1)包括第一电感(L1)、第一电容器(C1)、第二电感(L2)、第一NPC桥臂(17)、第二NPC桥臂(18)、第二电容器(C2)、第三电容器(C3)、第一电阻(R1)和第二电阻(R2)；所述并联变换器回路(2)包括第三NPC桥臂(19)、第四NPC桥臂(20)、第五NPC桥臂(21)、第六NPC桥臂(22)、第四电容器(C4)、第五电容器(C5)、第三电感(L3)、第一变压器(TR1)；其中每组NPC桥臂从上至下由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、第一二极管和第二二极管组成；第一电感(L1)的第一引出端子、第五NPC桥臂(21)的第一引出端子、第六NPC桥臂(22)的第一引出端子和第四电容器(C4)的第一引出端子在第三连接点(3)连接；第一电容器(C1)的第二引出端子和第二NPC桥臂(18)的第三引出端子在第四连接点(4)连接；第一电感(L1)的第二引出端子、第二电感(L2)的第二引出端子和第一电容器(C1)的第一引出端子在第五连接点(5)连接；第一NPC桥臂(17)的第三引出端子和第二电感(L2)的第一引出端子在第六连接点(6)连接；第一NPC桥臂(17)的第一引出端子、第二NPC桥臂(18)的第一引出端子、第二电容器(C2)的第一引出端子、第一电阻(R1)的第一引出端子、第三NPC桥臂(19)的第一引出端子和第四NPC桥臂(20)的第一引出端子在第七连接点(7)连接；第一NPC桥臂(17)的第二引出端子、第二NPC桥臂(18)的第二引出端子、第二电容器(C2)的第二引出端子、第一电阻(R1)的第二引出端子、第三电容器(C3)的第一引出端子、第二电阻(R2)的第一引出端子、第三NPC桥臂(19)的第三引出端子和第四NPC桥臂(20)的第三引出端子在第八连接点(8)连接；第一NPC桥臂(17)的第四引出端子、第二NPC桥臂(18)的第四引出端子、第三电容器(C3)的第二引出端子、第二电阻(R2)的第二引出端子、第三NPC桥臂(19)的第四引出端子和第四NPC桥臂(20)的第四引出端子在第九连接点(9)连接；第三NPC桥臂(19)的第二引出端子和第一变压器(TR1)的第三引出端子在第十连接点(10)连接；第四NPC桥臂(20)的第二引出端子和第一变压器(TR1)的第四引出端子在第十一连接点(11)连接；第三电感(L3)的第二引出端子和第一变压器(TR1)的第一引出端子在第十二连接点(12)连接；第三电感(L3)的第一引出端子和第五NPC桥臂(21)的第三引出端子在第十三连接点(13)连接；第六NPC桥臂(22)的第三引出端子和第一变压器(TR1)的第二引出端子在第十四连接点(14)连接；第五NPC桥臂(21)的第二引出端子、第六NPC桥臂(22)的第二引出端子、第四电容器(C4)的第二引出端子和第五电容器(C5)的第一引出端子在第十五连接点(15)连接；第五NPC桥臂(21)的第四引出端子、第六NPC桥臂(22)的第四引出端子和第五电容器(C5)的第二引出端子在第十六连接点(16)连接。
2.一种利用权利要求1所述的直流配电网的多功能故障电流控制器进行多功能故障电流控制方法，其特征在于实现步骤为：
(1)在直流配电网带负荷稳态运行下，并联变换器回路(2)的输入侧并联接入到直流配电网中，通过电压环控制和中点平衡控制稳定第二电容器(C2)和第三电容器(C3)的电压，第二电容器(C2)和第三电容器(C3)的稳态电压之和大于配电线路电压；串联变换器回路(1)通过检测直流配电线路第三连接点(3)和第四连接点(4)之间电压，将第三连接点(3)和第四连接点(4)之间电压差值作为控制目标，通过改变第三连接点(3)和第四连接点(4)之间电压，维持第三连接点(3)或第四连接点(4)的直流电压稳点；
(2)当直流配电网电流从第三连接点(3)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(1)和并联变换器回路(2)的所有电力电子开关器件的脉冲，故障电流经第一NPC桥臂(17)的第一电力电子开关器件(S11)反并联二极管和第二电力电子开关器件(S12)反并联二极管、第二电容器(C2)、第三电容器(C3)、第二NPC桥臂(18)的第三电力电子开关器件(S23)反并联二极管和第四电力电子开关器件(S24)反并联二极管流入到第四连接点(4)，由于第二电容器(C2)和第三电容器(C3)初始电压之和大于直流线路电压，故障电流开始下降，实现直流配电网故障电流阻断；
(3)当直流配电网电流从第四连接点(4)流入第三连接点(3)时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路(1)和并联变换器回路(2)的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第一NPC桥臂(17)的第三电力电子开关器件(S13)反并联二极管和第四电力电子开关器件(S14)反并联二极管、第二电容器(C2)、第三电容器(C3)、第二NPC桥臂(18)第一电力电子开关器件(S21)反并联二极管和第四电力电子开关器件(S24)反并联二极管流入到第三连接点(3)，由于第二电容器(C2)和第三电容器(C3)初始电压之和大于直流线路电压，故障电流开始下降，实现直流配电网的故障电流阻断；
(4)当直流配电网电流从第三连接点(3)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(1)和并联变换器回路(2)的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第一NPC桥臂(17)的第一电力电子开关器件(S11)反并联二极管和第二电力电子开关器件(S12)反并联二极管、第二电容器(C2)、第三电容器(C3)和第二NPC桥臂(18)的第三电力电子开关器件(S23)反并联二极管和第四电力电子开关器件(S24)反并联二极管流入到第四连接点(4)，由于第二电容器(C2)和第三电容器(C3)初始电压之和大于直流线路电压，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NPC桥臂(18)的第一电力电子开关器件(S21)和第二电力电子开关器件(S22)，如果此时故障已经消除，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，直流配电线路电流继续升高，当再次达到故障电流动作阈值时，封锁第二NPC桥臂(18)的第一电力电子开关器件(S21)和第二电力电子开关器件(S22)脉冲信号，故障电流下降至零，完成故障电流的最后阻断；
(5)当直流配电网电流从第四连接点(4)流入第三连接点(3)时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路(1)和并联变换器回路(2)的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第一NPC桥臂(17)的第三电力电子开关器件(S13)反并联二极管和第四电力电子开关器件(S14)反并联二极管、第二电容器(C2)、第三电容器(C3)、第二NPC桥臂(18)第一电力电子开关器件(S21)反并联二极管和第四电力电子开关器件(S24)反并联二极管流入到第三连接点(3)，由于第二电容器(C2)和第三电容器(C3)初始电压之和大于直流线路电压，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NPC桥臂(17)的第一电力电子开关器件(S11)和第二电力电子开关器件(S12)，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，直流配电线路电流继续升高，当再次达到故障电流动作阈值时，封锁第一NPC桥臂(17)的第一电力电子开关器件(S11)和第二电力电子开关器件(S12)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多功能故障电流控制器，其特征在于：所述多功能故障电流控制器包括串联变换器回路(1)和并联变换器回路(2)，串联变换器回路(1)串联接入直流配电线路的第三连接点(3)和直流配电线路的第四连接点(4)之间；
所述串联变换器回路(1)包括第一电感(L1)、第一电容器(C1)、第二电感(L2)、第一NPC桥臂(17)、第二电容器(C2)、第三电容器(C3)、第一电阻(R1)和第二电阻(R2)；所述并联变换器回路(2)包括第二NPC桥臂(19)、第三NPC桥臂(20)、第四NPC桥臂(21)、第五NPC桥臂(22)、第四电容器(C4)、第五电容器(C5)、第三电感(L3)、第一变压器(TR1)；其中每组NPC桥臂从上至下由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、第一二极管和第二二极管组成；第一电感(L1)的第一引出端子、第四NPC桥臂(21)的第一引出端子、第五NPC桥臂(22)的第一引出端子和第四电容器(C4)的第一引出端子在第三连接点(3)连接；第一电容器(C1)的第二引出端子、第一NPC桥臂(18)的第二引出端子、第二电容器(C2)的第二引出端子、第一电阻(R1)的第二引出端子、第三电容器(C3)的第一引出端子、第二电阻(R2)的第一引出端子、第二NPC桥臂(19)的第三引出端子和第三NPC桥臂(20)的第三引出端子在第四连接点(4)连接；第一电感(L1)的第二引出端子、第二电感(L2)的第二引出端子和第一电容器(C1)的第一引出端子在第五连接点(5)连接；第一NPC桥臂(17)的第三引出端子和第二电感(L2)的第一引出端子在第六连接点(6)连接；第一NPC桥臂(17)的第一引出端子、第二电容器(C2)的第一引出端子、第一电阻(R1)的第一引出端子、第二NPC桥臂(19)的第一引出端子和第三NPC桥臂(20)的第一引出端子在第七连接点(7)连接；第一NPC桥臂(17)的第四引出端子、第三电容器(C3)的第二引出端子、第二电阻(R2)的第二引出端子、第二NPC桥臂(19)的第四引出端子和第三NPC桥臂(20)的第四引出端子在第八连接点(8)连接；第二NPC桥臂(19)的第二引出端子和第一变压器(TR1)的第三引出端子在第九连接点(9)连接；第三NPC桥臂(20)的第二引出端子和第一变压器(TR1)的第四引出端子在第十连接点(10)连接；第三电感(L3)的第二引出端子和第一变压器(TR1)的第一引出端子在第十一连接点(11)连接；第三电感(L3)的第一引出端子和第四NPC桥臂(21)的第三引出端子在第十二连接点(12)连接；第五NPC桥臂(22)的第三引出端子和第一变压器(TR1)的第二引出端子在第十三连接点(13)连接；第四NPC桥臂(21)的第二引出端子、第五NPC桥臂(22)的第二引出端子、第四电容器(C4)的第二引出端子和第五电容器(C5)的第一引出端子在第十四连接点(14)连接；第四NPC桥臂(21)的第四引出端子、第五NPC桥臂(22)的第四引出端子和第五电容器(C5)的第二引出端子在第十五连接点(15)连接。
4.一种利用权利要求3所述的直流配电网的多功能故障电流控制器进行多功能故障电流控制方法，其特征在于：实现步骤为：
(1)在直流配电网带负荷稳态运行下，并联变换器回路(2)的输入侧并联接入到直流配电网中，通过电压环控制和中点平衡控制稳定第二电容器(C2)和第三电容器(C3)的电压，第二电容器(C2)和第三电容器(C3)的稳态电压之和大于配电线路电压；串联变换器回路(1)通过检测直流配电线路第三连接点(3)和第四连接点(4)之间电压，将第三连接点(3)和第四连接点(4)之间电压差值作为控制目标，通过改变第三连接点(3)和第四连接点(4)之间电压，维持第三连接点(3)或第四连接点(4)的直流电压稳点；
(2)当直流配电网电流从第三连接点(3)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(1)和并联变换器回路(2)的所有电力电子开关器件的脉冲，故障电流经第一NPC桥臂(17)的第一电力电子开关器件(S11)反并联二极管和第二电力电子开关器件(S12)反并联二极管、第二电容器(C2)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；
(3)当直流配电网电流从第四连接点(4)流入第三连接点(3)时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路(1)和并联变换器回路(2)的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第三电容器(C3)、第一NPC桥臂(17)第三电力电子开关器件(S13)反并联二极管和第四电力电子开关器件(S14)反并联二极管流入到第三连接点(3)，由于第三电容器(C3)初始电压大于直流线路电压，故障电流开始下降，实现直流配电网的故障电流阻断；
(4)当直流配电网电流从第三连接点(3)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(1)和并联变换器回路(2)的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第一NPC桥臂(17)的第一电力电子开关器件(S11)反并联二极管和第二电力电子开关器件(S12)反并联二极管、第二电容器(C2)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NPC桥臂(17)的第三电力电子开关器件(S13)，如果此时故障已经消除，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，直流配电线路电流继续升高，当再次达到故障电流动作阈值时，封锁第一NPC桥臂(17)的第三电力电子开关器件(S13)脉冲信号，故障电流下降至零，完成故障电流的最后阻断；
(5)当直流配电网电流从第四连接点(4)流入第三连接点(3)时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路(1)和并联变换器回路(2)的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第三电容器(C3)、第一NPC桥臂(17)第三电力电子开关器件(S13)反并联二极管和第四电力电子开关器件(S14)反并联二极管流入到第三连接点(3)，由于第三电容器(C3)初始电压大于直流线路电压，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NPC桥臂(17)的第二电力电子开关器件(S12)，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，直流配电线路电流继续升高，当再次达到故障电流动作阈值时，封锁第一NPC桥臂(17)的第二电力电子开关器件(S12)脉冲信号，故障电流下降至零，完成故障电流的最后阻断。
5.一种直流配电网的多功能故障电流控制器，其特征在于：所述多功能故障电流控制器包括串联变换器回路(1)和并联变换器回路(2)，串联变换器回路(1)串联接入直流配电线路的第三连接点(3)和直流配电线路的第四连接点(4)之间；
所述串联变换器回路(1)包括第一电感(L1)、第一电容器(C1)、第二电感(L2)、第一电容箝位三电平桥臂(15)、第二电容箝位三电平桥臂(16)、第二电容器(C2)、第一电阻(R1)；所述并联变换器回路(2)包括第三电容箝位三电平桥臂(17)、第四电容箝位三电平桥臂(18)、第五电容箝位三电平桥臂(19)、第六电容箝位三电平桥臂(20)、第三电容器(C3)、第三电感(L3)和第一变压器(TR1)，其中每组电容箝位三电平桥臂从上至下由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、箝位电容器组成；第一电感(L1)的第一引出端子、第五电容箝位三电平桥臂(19)的第一引出端子、第六电容箝位三电平桥臂(20)的第一引出端子和第三电容器(C3)的第一引出端子在第三连接点(3)连接；第一电容器(C1)的第二引出端子和第二电容箝位三电平桥臂(16)的第二引出端子在第四连接点(4)连接；第一电感(L1)的第二引出端子、第二电感(L2)的第二引出端子和第一电容器(C1)的第一引出端子在第五连接点(5)连接；第一电容箝位三电平桥臂(15)的第二引出端子和第二电感(L2)的第一引出端子在第六连接点(6)连接；第一电容箝位三电平桥臂(15)的第一引出端子、第二电容箝位三电平桥臂(16)的第一引出端子、第二电容器(C2)的第一引出端子、第一电阻(R1)的第一引出端子、第三电容箝位三电平桥臂(17)的第一引出端子和第四电容箝位三电平桥臂(18)的第一引出端子在第七连接点(7)连接；第一电容箝位三电平桥臂(15)的第三引出端子、第二电容箝位三电平桥臂(16)的第三引出端子、第二电容器(C2)的第二引出端子、第一电阻(R1)的第二引出端子、第三电容箝位三电平桥臂(17)的第三引出端子和第四电容箝位三电平桥臂(18)的第三引出端子在第八连接点(8)连接；第三电容箝位三电平桥臂(17)的第二引出端子和第一变压器(TR1)的第三引出端子在第九连接点(9)连接；第四电容箝位三电平桥臂(18)的第二引出端子和第一变压器(TR1)的第四引出端子在第十连接点(10)连接；第三电感(L3)的第二引出端子和第一变压器(TR1)的第一引出端子在第十一连接点(11)连接；第三电感(L3)的第一引出端子和第五电容箝位三电平桥臂(19)的第二引出端子在第十二连接点(12)连接；第六电容箝位三电平桥臂(20)的第二引出端子和第一变压器(TR1)的第二引出端子在第十三连接点(13)连接；第五电容箝位三电平桥臂(19)的第三引出端子、第六电容箝位三电平桥臂(20)的第三引出端子和第三电容器(C3)的第二引出端子在第十四连接点(14)连接。
6.一种利用权利要求5所述的直流配电网的多功能故障电流控制器进行多功能故障电流控制方法，其特征在于实现步骤为：
(1)在直流配电网带负荷稳态运行下，并联变换器回路(2)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)的稳态电压大于配电线路电压；串联变换器回路(1)通过检测直流配电线路第三连接点(3)和第四连接点(4)之间电压，将第三连接点(3)和第四连接点(4)之间电压差值作为控制目标，通过改变第三连接点(3)和第四连接点(4)之间电压，维持第三连接点(3)或第四连接点(4)的直流电压稳点；
(2)当直流配电网电流从第三连接点(3)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(1)和并联变换器回路(2)的所有电力电子开关器件的脉冲，故障电流经第一电容箝位三电平桥臂(15)的第一电力电子开关器件(S11)反并联二极管和第二电力电子开关器件(S12)反并联二极管、第二电容器(C2)、第二电容箝位三电平桥臂(16)的第三电力电子开关器件(S23)反并联二极管和第四电力电子开关器件(S24)反并联二极管流入到第四连接点(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；
(3)当直流配电网电流从第四连接点(4)流入第三连接点(3)时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路(1)和并联变换器回路(2)的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第一电容箝位三电平桥臂(15)的第三电力电子开关器件(S13)反并联二极管和第四电力电子开关器件(S14)反并联二极管、第二电容器(C2)、第二电容箝位三电平桥臂(16)第一电力电子开关器件(S21)反并联二极管和第四电力电子开关器件(S24)反并联二极管流入到第三连接点(3)，由于第二电容器(C2)初始电压大于直流线路电压，故障电流开始下降，实现直流配电网的故障电流阻断；
(4)当直流配电网电流从第三连接点(3)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(1)和并联变换器回路(2)的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第一电容箝位三电平桥臂(15)的第一电力电子开关器件(S11)反并联二极管和第二电力电子开关器件(S12)反并联二极管、第二电容器(C2)和第二电容箝位三电平桥臂(16)的第三电力电子开关器件(S23)反并联二极管和第四电力电子开关器件(S24)反并联二极管流入到第四连接点(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，闭合电力第二电容箝位三电平桥臂(16)的第一电力电子开关器件(S21)和第二电力电子开关器件(S22)，如果此时故障已经消除，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，直流配电线路电流继续升高，当再次达到故障电流动作阈值时，封锁第二电容箝位三电平桥臂(16)的第一电力电子开关器件(S21)和第二电力电子开关器件(S22)脉冲信号，故障电流下降至零，完成故障电流的最后阻断；
(5)当直流配电网电流从第四连接点(4)流入第三连接点(3)时，检测到直流配电网出现短路故障，封锁串联变换器回路(1)和并联变换器回路(2)的所有电力电子开关器件脉冲，故障电流经第一电容箝位三电平桥臂(15)的第三电力电子开关器件(S13)反并联二极管和第四电力电子开关器件(S14)反并联二极管、第二电容器(C2)、第二电容箝位三电平桥臂(16)第一电力电子开关器件(S21)反并联二极管和第四电力电子开关器件(S24)反并联二极管流入到第三连接点(3)，由于第二电容器(C2)初始电压大于直流线路电压，故障电流开始下降，当故障电流下降到恢复阈值时，闭合第一电容箝位三电平桥臂(15)的第一电力电子开关器件(S11)和第二电力电子开关器件(S12)，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，直流配电线路电流继续升高，当再次达到故障电流动作阈值时，封锁第一电容箝位三电平桥臂(15)的第一电力电子开关器件(S11)和第二电力电子开关器件(S12)脉冲信号，故障电流下降至零，完成故障电流的最后阻断。
7.根据权利要求1或3或5所述的直流配电网的多功能故障电流控制器，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1或3或5所述的直流配电网的多功能故障电流控制器，其特征在于：所述的第一电阻(R1)均能够用第一避雷器(Z1)代替，进行故障能量吸收。
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