[发明专利]一种电感耦合型直流故障限流器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种电感耦合型直流故障限流器及其控制方法，该结构包括桥臂一至桥臂四及其所构成的H桥电路，所述桥臂一和所述桥臂二串联，所述桥臂四和所述桥臂三串联，所述桥臂一、所述桥臂二构成的串联支路与所述桥臂三、所述桥臂四构成的串联支路并联；针对电感耦合型直流故障限流器的控制方法包括初始化、检测到故障信号时、关断IGBT组，使电感回路的电流消耗至零；再次触发IGBT组；限流器恢复，为下次故障做准备。与现有技术相比，本发明用于低压柔性直流配电网，1)正常运行时，不会对直流系统的暂态响应特性和运行稳定性产生不利影响；2)直流故障以后，能够有效限制故障电流快速上升，为保护与故障隔离创造充足的动作时间。

技术领域

本发明涉及多端柔性直流配电网领域，特别是涉及一种基于耦合电感与避雷器配合的直流故障限流器拓扑结构及其控制策略。

背景技术

近些年，随着分布式电源及新能源数量的增加，低压直流配电网具有线路损耗小、供电可靠性高便于分布式电源及储能装置等接入等优势，因此，基于电压源型换流器(voltage source converter，VSC)的柔性直流配电系统已成为目前研究的重要课题。而在基于VSC型换流器的柔性直流配电系统中发生双极短路故障时，换流器中的电容会向故障点放电，放电电流上升速率快，幅值大，同时伴随整个系统的电压下降，如不及时将故障隔离则可能会造成电力电子器件的损毁进而导致整个电网陷入瘫痪。为了解决这一问题，需要在线路两端安装断路器，当故障发生时切断故障线路，将故障点隔离，进而保障剩余线路的正常运行。在低压直流配电网中，通常要求在发生故障后的几毫秒内将故障切除，而传统的机械式断路器不能满足这一需求，为此，则需要在线路中安装限流器，限制电流的上升速率和电流幅值，进而为断路器提供足够的时间进行故障隔离。传统限流器通常采用直接将电感串接进线路的方式进行限流，虽然这一方法能够起到限制电流上升速率的效果，但在系统正常运行时，在线路中串接电感会影响系统的动态响应特性，同时也会增加故障电流的清除时间。当直流系统中发生短路故障时，由于电容放电，故障电流快速上升、直流电压迅速跌落，严重危及整个直流电网。为解决这一问题，直流故障限流器需要在线路中发生故障后线路电流上升至门槛值后快速限流，而在线路正常运行时不会对系统造成影响。

发明内容

为了保障直流系统的安全运行以及可靠供电，本发明提出一种电感耦合型直流故障限流器及其控制方法，构建基于耦合电感与避雷器相互配合的限流器拓扑模型，有效限制直流故障后故障电流的快速上升，进而实现系统可靠故障穿越。

本发明的一种电感耦合型直流故障限流器，该直流故障限流器的结构包括桥臂一至桥臂四及其所构成的H桥电路，其中：

所述桥臂一和所述桥臂二串联，所述桥臂四和所述桥臂三串联，所述桥臂一、所述桥臂二构成的串联联支路与所述桥臂三、所述桥臂四构成的串联支路并联；在所述桥臂一、所述桥臂二连接点和所述桥臂三、所述桥臂四连接点之间串接IGBT组，并在IGBT组上并联一个避雷器。

所述桥臂一、所述桥臂三分别由一个二极管与一个电阻串联构成；所述桥臂二、所述桥臂四则分别由一个耦合电感构成，且耦合电感的电感值相等。

本发明的电感耦合型直流故障限流器的控制方法，包括以下步骤：

首先初始化限流器；

当检测到短路故障发生时，立即移除对IGBT组的触发信号，则故障电流通过桥臂四后，通过一条支路流经桥臂三，通过另一条支路流经避雷器A与桥臂二之后一起馈入故障点；

在限流阶段，限流器两端的电压即为避雷器A两端的电压；在避雷器两端残压的作用下，故障电流上升的速率和幅值被有效限制；

当检测到短路故障发生并向DCCB发出跳闸信号后，DCCB开始动作，故障线路中的故障电流开始下降，桥臂二的电感回路的电流快速地下降为零，避雷器A不再导通；流经桥臂四的续电流通过桥臂三-桥臂四-桥臂一形成环流，故障电流通过桥臂四和桥臂三的负荷支路导通，最终在断路器的作用下故障电流被切断至零，故障点被有效隔离；