CN202059160U - 一种强迫关断型桥式固态限流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的强迫关断型桥式固态限流器包括三相桥式整流电路、强迫关断电路和充电电路。三相桥式限流电路包括基于晶闸管的三相整流电路、基于晶闸管或者二极管的续流回路、直流限流电抗器，用于控制直流限流电抗器的投切。强迫关断电路包括电容器和强迫关断控制可控硅。充电电路包括充电电源和充电二极管。本实用新型能有效减少传统桥式限流器的失控时间、降低直流限流电抗值、采用续流晶闸管全开通续流或二极管续流工作方式，控制难度小、降低了成本设备结构和成本，安全可靠。

Description

一种强迫关断型桥式固态限流器

技术领域

本实用新型涉及一种强迫关断型桥式固态限流器，主要用于电力系统的短路故障下限制短路电流，保护电力电子器件免受因短路电流引起的损坏。

背景技术

随着社会的不断发展，用电负荷迅速增加，同时用户对供电质量及其可靠性等也提出了越来越高的要求。为满足日益增长的电能需求，电力系统的规模越来越大(包括新建电网的增加和原有电网的改造、扩建)，其结构也越来越复杂。电网规模的不断扩大和结构的日益复杂化，一方面使短路电流水平不断提高，增加了系统设备容量如主变压器、断路器等的配置难度；另一方面增大了对系统短路故障的保护配合和处理的难度，给系统的安全、稳定和可靠运行造成严重隐患，成为电网改造、建设和发展的难以逾越的制约因索。

近年来电力电子技术以及大容量电力电子器的迅速发展和在实际系统中的应用，使基于电力电子器件开发短路限流器成为可能。基于电力电子器件开发的固态限流器在正常工作时，限流电抗器中通过直流电流、无压降、几乎无功耗；故障时，限流电抗器无延时自动投入；故障切除时，晶闸管在电流过零时关断，不会引起过电压和附加振荡；而且还可以通过晶闸管桥的逆变工作方式，可以预设短路电流的变化曲线，以满足电力系统继电保护的需要；可以实现无电流冲击的软自动重合闸等。具有广泛的应用前景。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种强迫关断型桥式固态限流器，以减少晶闸管失控时间、减少限流电抗，保护电力电子器件免受因短路电流引起的损坏。

为达上述目的，本实用新型有以下两种技术解决方案。

方案1

本实用新型的强迫关断型桥式固态限流器包括三相桥式整流电路、强迫关断电路和充电电路。

–三相桥式限流电路包括：由六个晶闸管组成的三相桥式整流电路、由二个晶闸管顺极性串联组成的续流回路、限流电抗器以及三相耦合变压器，三相整流电路上桥臂的三个晶闸管共阴极连接，下桥臂的三个晶闸管共阳极连接，限流电抗器跨接在共阴极与共阳极之间，三相耦合变压器的一次绕组按相与受保护的负荷线路串联，二次侧各相绕组的一端接地，另一端和三相整流电路各相桥臂的中点连接，续流回路二个晶闸管的连接点接地，其中上桥臂晶闸管的阴极与三相整流电路上桥臂共阴极连接，下桥臂晶闸管的阳极与三相整流电路下桥臂共阳极连接；

–强迫关断电路包括：电容和放电晶闸管，放电晶闸管的阴极和三相整流电路上桥臂共阴极连接，阳极与电容的正极连接，电容负极和三相整流电路下桥臂共阳极连接；

–充电电路包括：充电电源和充电二极管，充电电源的输入端接工作电源，输出端和充电二极管阳极连接，充电二极管的阴极和强迫关断电路中电容的正极连接。

方案2

本实用新型的强迫关断型桥式固态限流器包括三相桥式整流电路、强迫关断电路和充电电路。

–三相桥式限流电路包括：由六个晶闸管组成的三相桥式整流电路、由二个二极管顺极性串联组成的续流回路、限流电抗器以及三相耦合变压器，三相整流电路上桥臂的三个晶闸管共阴极连接，下桥臂的三个晶闸管共阳极连接，限流电抗器跨接在共阴极与共阳极之间，三相耦合变压器的一次绕组按相与受保护的负荷线路串联，二次侧各相绕组的一端接地，另一端和三相整流电路各相桥臂的中点连接，续流回路二个二极管的连接点接地，其中二极管的阴极与三相整流电路上桥臂共阴极连接，下桥臂二极管的阳极与三相整流电路下桥臂共阳极连接；

–强迫关断电路包括：电容和放电晶闸管，放电晶闸管的阴极和三相整流电路上桥臂共阴极连接，阳极与电容的正极连接，电容负极和三相整流电路下桥臂共阳极连接；

–充电电路包括：充电电源和充电二极管，充电电源的输入端接工作电源，输出端和充电二极管阳极连接，充电二极管的阴极和强迫关断电路中电容的正极连接。

本实用新型的强迫型桥式固态限流器正常运行时强迫关断电路中的电容处于充电状态，一旦检测到保护对象故障，立刻控制限流电抗器的桥路停止工作，同时强迫关断回路中的放电晶闸管开通，使储能电容向限流电抗器的桥路放电，确保最后导通的晶闸管承受反压而强迫关断。本实用新型能有效减少三相桥式整流电路在故障切除时的失控时间，提高限流电抗器的响应速度，并在满足限流水平的条件下，减少所需直流限流电感量，妥善解决了限流电抗器的体积和成本问题。由于故障切除速度高，续流回路不需要考虑能量逆馈行为，续流回路的二个晶闸管可以采用全开通续流工作模式，或者直接采用二极管续流，降低晶闸管及其控制脉冲的数量。

附图说明

图1是方案1的强迫关断型桥式固态限流器的电路结构示意图。

图2是方案2的强迫关断型桥式固态限流器的电路结构示意图。

具体实施方式

参照图1，本实用新型的强迫关断型桥式固态限流器包括三相桥式整流电路1、强迫关断电路2和充电电路3。

–三相桥式限流电路1包括：由六个晶闸管T1，T2，T3，T4，T5，T6组成的三相桥式整流电路、由二个晶闸管T7，T8顺极性串联组成的续流回路、限流电抗器Ld以及三相耦合变压器T，三相整流电路上桥臂的三个晶闸管T1，T3，T5共阴极连接，下桥臂的三个晶闸管T2，T4，T6共阳极连接，限流电抗器Ld跨接在共阴极与共阳极之间，三相耦合变压器的一次绕组按相与受保护的负荷线路串联，二次侧各相绕组的一端接地，另一端和三相整流电路各相桥臂的中点连接，续流回路二个晶闸管T7，T8的连接点接地，其中上桥臂晶闸管T7的阴极与三相整流电路上桥臂共阴极连接，下桥臂晶闸管T8的阳极与三相整流电路下桥臂共阳极连接。

–强迫关断电路2包括：电容C和放电晶闸管Tc，放电晶闸管Tc的阴极和三相整流电路上桥臂共阴极连接，阳极与电容C的正极连接，电容C负极和三相整流电路下桥臂共阳极连接。

–充电电路3包括：充电电源和充电二极管Dc，充电电源的输入端接工作电源，输出端和充电二极管Dc阳极连接，充电二极管Dc的阴极和强迫关断电路中电容C的正极连接。

工作原理：在系统正常运行时，三相桥式整流电路的六个晶闸管T1，T2，T3，T4，T5，T6全开通，负荷电流经过整流后形成平稳的直流电流流过限流电抗器Ld，令续流晶闸管T7、T8全开通，可以在负荷电流降低时为限流电抗器Ld提供续流回路，使电流维持在负载电流峰值水平(耦合变压器二次侧峰值电流)，限流电抗器Ld上的直流压降为零，经过耦合变压器后，限流电抗器在系统侧的整体零阻抗近似为零。负载电流变化时，直流侧电流会受到限流电抗器Ld的抑制。当负荷电流瞬时降低时，续流晶闸管T7、T8为限流电抗器Ld提供续流回路，维持限流电抗器Ld电流不变。当负荷回路故障时，系统电压将经过三相耦合变压器部分或全部耦合到二次侧，直流侧电流将在限流电抗器Ld的抑制下增长，此时，控制器测量到直流电流超过设定值后，立刻关闭三相桥式整流电路的六个晶闸管T1，T2，T3，T4，T5，T6的脉冲，最后导通的两个晶闸管将持续导通到电流过零再自关断。三相桥式整流电路脉冲关闭时，续流晶闸管T7，T8可以打开进行续流，直流回路达到最大故障电流后即彻底关断故障回路，电感能量将在续流回路中缓慢衰减到零；续流晶闸管T7，T8随着三相桥式整流电路的关断，限流电抗器退出工作，起到隔离故障点的作用。本实用新型的改进工作在于：可以在检测到故障发生时关断三相桥式整流电路的六个晶闸管T1，T2，T3，T4，T5，T6的脉冲同时，闭合电容支路的放电晶闸管Tc，使电容对三相桥臂的共阳极、共阴极之间瞬间放电，令桥路中最后导通的晶闸管瞬间承受反压而加速关闭。由于通过反压是晶闸管强行关断，减少了晶闸管的失控时间，整个关断过程中限流电抗器Ld的能量的增加远小于传统限流器，可以很快进入到续流阶段。本实用新型获得的这种瞬间关断特性可以迅速关断故障回路，使限流电抗器动作速度得到明显提升，有限上升的故障电流对晶闸管的冲击随之降低，同时也降低对直流电感量的需求，并且由于本实用新型仍以晶闸管为基础，保持了晶闸管高耐压和高额定电流的可靠特性，因此，不仅获得了成本上的优势，而且比原有的限流器具有更高的可靠性。

参照图2，本实用新型的强迫关断型桥式固态限流器包括：包括三相桥式整流电路1、强迫关断电路2和充电电路3。

–三相桥式限流电路1包括：由六个晶闸管T1，T2，T3，T4，T5，T6组成的三相桥式整流电路、由二个二极管D1，D2顺极性串联组成的续流回路、限流电抗器Ld以及三相耦合变压器T，三相整流电路上桥臂的三个晶闸管T1，T3，T5共阴极连接，下桥臂的三个晶闸管T2，T4，T6共阳极连接，限流电抗器Ld跨接在共阴极与共阳极之间，三相耦合变压器的一次绕组按相与受保护的负荷线路串联，二次侧各相绕组的一端接地，另一端和三相整流电路各相桥臂的中点连接，续流回路二个二极管D1，D2的连接点接地，其中二极管D1的阴极与三相整流电路上桥臂共阴极连接，下桥臂二极管D2的阳极与三相整流电路下桥臂共阳极连接。

–强迫关断电路2包括：电容C和放电晶闸管Tc，放电晶闸管Tc的阴极和三相整流电路上桥臂共阴极连接，阳极与电容C的正极连接，电容C负极和三相整流电路下桥臂共阳极连接。

–充电电路3包括：充电电源和充电二极管Dc，充电电源的输入端接工作电源，输出端和充电二极管Dc阳极连接，充电二极管Dc的阴极和强迫关断电路中电容C的正极连接。

工作原理：在系统正常运行时，三相桥式整流电路的六个晶闸管T1，T2，T3，T4，T5，T6全开通，负荷电流经过整流后形成平稳的直流电流流过限流电抗器Ld，续流二极管D1，D2可以在负荷电流降低时为直流限流电抗器Ld提供续流回路，使限流电抗器电流维持在负载电流峰值水平(耦合变压器二次侧峰值电流)，限流电抗器Ld上的直流压降为零，经过耦合变压器后，限流电抗器在系统侧的整体零阻抗近似为零。负荷电流变化时，直流侧电流会受到限流电抗器Ld的抑制。当负荷电流瞬时降低时，续流二极管D1，D2为限流电抗器Ld提供续流回路，维持限流电抗器Ld电流不变。当负荷回路故障时，系统电压将经过耦合变压器部分或全部耦合到二次侧，直流侧电流将在限流电抗器Ld的抑制下增长，此时，控制器测量到直流电流超过设定值后，立刻关闭三相桥式整流电路的六个晶闸管T1，T2，T3，T4，T5，T6的脉冲，最后导通的两个晶闸管将持续导通到电流过零再自关断。三相桥臂脉冲关闭时，续流二极管D1，D2续流，直流回路达到最大故障电流后即彻底关断故障回路，电感能量将在续流回路中缓慢衰减到零。本实用新型的强迫关断型桥式固态限流器可以在检测到故障发生时关断三相桥式整流电路T1，T2，T3，T4，T5，T6的脉冲同时，闭合电容支路的放电晶闸管Tc，使电容对三相桥臂的共阳极、共阴极之间瞬间放电，令桥路中最后导通的晶闸管瞬间承受反压而加速关闭，关断过程中限流电抗器Ld的能量稍有增加，关断后很快进入到续流阶段。本实用新型获得的这种瞬间关断特性可以迅速关断故障回路，使限流电抗器动作速度得到明显提升，有限上升的故障电流对晶闸管的冲击随之降低，同时也降低对直流电感量的需求，并且由于本实用新型仍以晶闸管为基础，保持了晶闸管高耐压和高额定电流的可靠特性，因此，不仅获得了成本上的优势，而且比原有的限流器具有更高的可靠性。

Claims (2)

1.一种强迫关断型桥式固态限流器，其特征在于：包括三相桥式整流电路（1）、强迫关断电路（2）和充电电路（3）；

–三相桥式限流电路（1）包括：由六个晶闸管（T1，T2，T3，T4，T5，T6）组成的三相桥式整流电路、由二个晶闸管（T7，T8）顺极性串联组成的续流回路、限流电抗器（Ld）以及三相耦合变压器（T），三相整流电路上桥臂的三个晶闸管（T1，T3，T5）共阴极连接，下桥臂的三个晶闸管（T2，T4，T6）共阳极连接，限流电抗器（Ld）跨接在共阴极与共阳极之间，三相耦合变压器的一次绕组按相与受保护的负荷线路串联，二次侧各相绕组的一端接地，另一端和三相整流电路各相桥臂的中点连接，续流回路二个晶闸管（T7，T8）的连接点接地，其中上桥臂晶闸管（T7）的阴极与三相整流电路上桥臂共阴极连接，下桥臂晶闸管（T8）的阳极与三相整流电路下桥臂共阳极连接；

–强迫关断电路（2）包括：电容（C）和放电晶闸管（Tc），放电晶闸管（Tc）的阴极和三相整流电路上桥臂共阴极连接，阳极与电容（C）的正极连接，电容（C）负极和三相整流电路下桥臂共阳极连接；

–充电电路（3）包括：充电电源和充电二极管（Dc），充电电源的输入端接工作电源，输出端和充电二极管（Dc）阳极连接，充电二极管（Dc）的阴极和强迫关断电路中电容（C）的正极连接。

2.一种强迫关断型桥式固态限流器，其特征在于：包括三相桥式整流电路（1）、强迫关断电路（2）和充电电路（3）；

–三相桥式限流电路（1）包括：由六个晶闸管（T1，T2，T3，T4，T5，T6）组成的三相桥式整流电路、由二个二极管（D1，D2）顺极性串联组成的续流回路、限流电抗器（Ld）以及三相耦合变压器（T），三相整流电路上桥臂的三个晶闸管（T1，T3，T5）共阴极连接，下桥臂的三个晶闸管（T2，T4，T6）共阳极连接，限流电抗器（Ld）跨接在共阴极与共阳极之间，三相耦合变压器的一次绕组按相与受保护的负荷线路串联，二次侧各相绕组的一端接地，另一端和三相整流电路各相桥臂的中点连接，续流回路二个二极管（D1，D2）的连接点接地，其中二极管（D1）的阴极与三相整流电路上桥臂共阴极连接，下桥臂二极管（D2）的阳极与三相整流电路下桥臂共阳极连接；

–强迫关断电路（2）包括：电容（C）和放电晶闸管（Tc），放电晶闸管（Tc）的阴极和三相整流电路上桥臂共阴极连接，阳极与电容（C）的正极连接，电容（C）负极和三相整流电路下桥臂共阳极连接；

–充电电路（3）包括：充电电源和充电二极管（Dc），充电电源的输入端接工作电源，输出端和充电二极管（Dc）阳极连接，充电二极管（Dc）的阴极和强迫关断电路中电容（C）的正极连接。

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