[发明专利]一种用于柔性直流电网故障清除的直流电压钳位器

说明书

本发明提供了一种用于柔性直流电网规章清除的直流电压钳位器的基本原理和实现方法，直流电压钳位器适用于柔性直流系统直流侧故障电流的清除，通过电压钳位的原理使直流输电线路对地电位为零，而直流电压钳位器用于承受电源侧对直流线路的电压。直流电压钳位器主要包含通流和电压钳位两种状态，通过对钳压器电容的充电实现钳压效果。钳压器动作后直流线路电压降为地电位，与故障点之间电势差消失，故障电流得以清除。直流电压钳位器简称为直流钳压器。直流钳压器的核心功能为在系统处于稳态时处于低阻导通状态，在系统故障后控制钳压器向电容充电，并承受直流侧对地电压降落。本发明提供的直流钳压器原理可以克服直流断路器强行切断故障电流所带来的硬关断问题，实现故障电流的柔性清除，降低对器件造成的寿命损耗，并切故障清除速度优于直流断路器。本发明提供了直流钳压器的几种可行实现方法，通过利用混合式支路实现通态导通，并利用可钳位子模块控制钳压器电容充放电，控制原理简便，可控性强。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及直流电压钳位器的基本原理和实现方法。

背景技术

高压直流输电(high voltage direct current，HVDC)由于其技术和经济上的独特优势，在我国远距离大容量输电和大区联网中得到了广泛应用。高压直流输电不仅具有电网稳定、可靠等诸多特性，同时也为分布式能源的大规模接入提供了便利。但由于不能在系统故障时采取很好的应对措施，限制了直流电网的发展。其中主要技术难点在于高压大容量的直流断路器技术尚不成熟。因此，本方案从原理上提出了另一种切断电流的方案，并且可以避免现有直流断路器所存在的问题。

现有的断路器均是强迫故障电流流过无穷大电阻(避雷器)实现断流操作，在断路过程中需要承受剧烈的过电压和能量耗散过程，且其故障电流切断和故障耗能同步进行，大大提高了避雷器的耗能功率需求。本方案通过拓扑设计实现了故障电流清除和故障耗能的解耦，从而实现更快的故障隔离，降低故障对系统造成的影响，随后通过较长时间的耗能过程，降低耗能支路的功率需求，并降低系统总能量损失。

发明内容

为了克服上述现有直流断路器的成本和寿命问题，本发明提供一种新型故障电流切断思路和其实现方式，通过由直流电压钳位器隔离直流故障，实现故障电流的快速隔离，随后通过长时间耗能过程降低耗能支路功率。本发明提供直流钳压器的实现方法，通态支路用于在直流线路正常运行时实现直流线路稳态电流的导通，并在检测到直流线路发生的故障后将故障电流转移至钳压器支路。钳压器支路，用于承载通流支路转移的故障电流，并强迫故障电流向钳压器电容充电。直流电压钳位器采用与断路器方案完全不同的故障清除原理，并可以避免断路器所存在的成本高、损耗高等问题。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一方面，本发明提供直流钳压器实现方法，包括：

直流钳压器主电路，包含通流支路和钳压器支路，用于稳态时的低损耗导通和故障后承受直流侧电压。

通流支路，用于在直流线路正常运行时实现直流线路稳态电流的导通，并在检测到直流线路发生的故障后将故障电流转移至钳压器支路；

钳压器支路，用于承载通流支路转移的故障电流，并使故障电流向电容充电；

所述通流支路包括快速隔离开关UFD和与快速隔离开关串联的负载转换开关；

所述转换模块包括N个IGBT单元，N个IGBT单元以串联、并联或串并联结合方式组合；

所述负载转换模块包括N个IGBT单元，N个IGBT单元以串联、并联或串并联结合方式组合；

所述IGBT单元包括IGBT和与IGBT反并联的二极管。

一种直流电压钳位器，其特征在于，所述限流支路与通流支路并联，形成公共点A和公共

点B；