[发明专利]适用于自清除MMC型直流配网的直流故障限流器及控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于自清除MMC型直流配网的直流故障限流器及控制方法，该直流故障限流器包括H桥电路、直流电抗器与限流电阻、主断路器以及直流线路；其中，工作在正常运行状态下的直流故障限流器，当检测到直流故障时，主断路器中的IGBT立即导通，在快速机械开关上施加导通信号，闭锁负载支路中的IGBT，实现了将故障电流从负载支路换流到主断路器，为耗散故障能量做好准备；进入故障点被隔离状态后；恢复限流器给整个直流配电网供电。与现有技术相比，本发明能够延缓直流故障发展速度、实现故障限流、保护与断流之间的有效配合，确保剩余网络的可靠故障穿越；实现了自适应的直流故障限流控制策略。

技术领域

本发明涉及直流输/配/微电网领域，特别是涉及一种适用于自清除MMC型直流配电网的自适应直流故障限流器及其控制策略。

背景技术

当直流配电系统发生直流故障时，各子模块的电容器向故障点释放电能导致桥臂电流和直流线路电流迅速上升，对正常运行的安全性和可靠性造成了严重的威胁。此情形下应迅速隔离故障电缆。典型的故障隔离方法包括采用交流断路器(ACCB)、直流断路器、自清除转换器拓扑三种方法进行故障隔离。

虽然利用ACCB进行故障隔离简单方便，在工程实践中易于实现；然而，ACCB的跳闸时间一般为2～3个交流周期，不能满足直流电网故障隔离的选择性和快速性要求。此外，它还可能触发所有ACCB跳闸，从而导致系统停电，直流电网的供电可靠性和鲁棒性得不到保证。

高速大容量直流断路器的制造难度大、成本高。对直流断路器的需求更大会严重制约直流断路器的大规模工程应用。

通过对模块化多电平变换器(MMC)的子模块拓扑进行改进，将反极性子模块电容器投入直流故障电流通路，可以快速清除直流故障电流。公开文献中介绍了一些拓扑结构和控制方法：文献《The study of MMC topologies and their DC fault currentblocking capacities in DC grid》以全桥子模块(FBSM)、钳位双子模块(CDSM)等为代表的拓扑结构可以采用传统MMC的控制策略，其工程应用相对成熟；文献《The alternate armconverter:a new hybrid multilevel converter with DC-fault blockingcapability》介绍了交替臂多电平变换器(AAMC)和混合级联多电平变换器(HCMC)，也可以通过开关和整形电路的协调来实现直流系统的稳态控制。在工程实践中，除考虑故障隔离能力外，还应考虑其他因素包括隔离能力的性能、投资和功率损耗。