[发明专利]一种固态故障电流限制器

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统及电力电子技术领域，具体涉及一种固态故障电流限制器。

背景技术

电力系统规模越来越大，短路电流水平超标问题也越来越严重。传统的限制短路电流的方法，如改变电力系统结构、加装串联电抗等，会对电力系统正常运行产生不利影响。故障电流限制器(fault current limiter，FCL)可实现在正常运行时对电力系统无影响，发生短路故障后快速增大阻抗，是限制短路电流的有效途径。目前，故障电流限制器主要有超导型、饱和铁心型、变压器型等多种类型，但都在实现的技术难度、经济性、占地面积上存在问题，限制了工程应用。上世纪九十年代，美国EPRI详细调研了已有的限流技术，认为应用电力电子技术发展固态FCL是较现实的技术途径。

电力系统迅速发展，电网之间互联加强，导致了各级电网中的短路电流水平不断增加。在电力系统中，部分地区的短路电流已经达到甚至超过了断路器遮断容量，严重威胁了电力系统的安全稳定运行。提高电压等级、采用串联电抗等传统电流限制技术可一定程度上抑制短路电流，但会对电力系统的正常运行造成一定负面影响。使用故障电流限制器(FCL)成为解决短路电流超标问题的有效途径，其特点是在电力系统正常运行时呈现零阻抗或低阻抗，对电力系统基本无影响，在电力系统发生短路故障时阻抗迅速增大，迅速限制短路电流。

随着大功率电力电子器件的进步，出现了固态故障电流限制器(solid state FCL)。固态故障电流限制器的基础模块包括晶闸管阀或可关断电力电子器件与限流元件、控制系统，是故障电流限制器的主要发展方向之一。目前的固态故障电流限制器主要有并联开关型、桥型和串联谐振型，但这几种方案在技术难度、成本与占地方面都存在不足或欠缺，很有必要研究新型的固态故障电流限制器。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种固态故障电流限制器，可实现正常运行时对电力系统几乎无影响，故障发生后自动限制短路电流。且本发明提供的固态故障电流限制器对故障识别速度要求低，结构简单，无全控型电力电子器件，且可通过改变限流电抗大小分别调整对短路电流峰值和稳态值的限流效果，便于工程应用。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种固态故障电流限制器，包括限流电抗L1、限流电抗L2、限流电抗L3、晶闸管阀T1、晶闸管阀T2和旁路断路器K；

所述限流电抗L1与限流电抗L2串联形成限流电抗支路，所述晶闸管阀T1和晶闸管阀T2串联形成晶闸管阀支路，且晶闸管阀T1的阴极连接晶闸管阀T2的阴极；所述旁路断路器K和晶闸管阀支路均与限流电抗支路并联，所述限流电抗L3一端与限流电抗L1与限流电抗L2的中点，其另一端与晶闸管阀T1和晶闸管阀T2的中点连接。

所述限流电抗L1和限流电抗L2的电抗值相等。

所述晶闸管阀T1和晶闸管阀T2均包括单向晶闸管。

所述单向晶闸管设有N个，N个单向晶闸管依次串联，N由晶闸管阀需承受的电压决定。

所述单向晶闸管设有M个，M个单向晶闸管并联，M由晶闸管阀需承受的电流决定。

所述固态故障电流限制器串联于输电线路中，且分相布置。

所述固态故障电流限制器的工作模式包括启动模式、运行模式和限流模式；

所述启动模式包括：

持续向晶闸管阀T1和晶闸管阀T2分别发送触发信号；

触发旁路断路器，使其分闸，输电线路上的电流通过晶闸管阀T1为限流电抗L2和限流电抗L3充磁，以及通过晶闸管阀T2为限流电抗L1和限流电抗L3充磁。

所述运行模式包括：

持续向晶闸管阀T1和晶闸管阀T2分别发送触发信号，所述旁路断路器K处于分闸状态，限流电抗L1、限流电抗L2和限流电抗L3不产生无功压降。

所述限流模式包括第一限流模式和第二限流模式；

所述第一限流模式包括短路故障发生时固态故障电流限制器的限流模式，第二限流模式包括短路故障被检测到后固态故障电流限制器的限流模式。

所述固态故障电流限制器进入第一限流模式时，晶闸管阀T1和晶闸管阀T2交替截止，晶闸管阀T1截止时，限流电抗L1和限流电抗L3串联接入输电线路，晶闸管阀T2截止时，限流电抗L2和限流电抗L3串联接入输电线路。

所述固态故障电流限制器进入第二限流模式时，去除晶闸管阀T1和晶闸管阀T2的触发信号，在电压反向时晶闸管阀T1和晶闸管阀T2关断，限流电抗L1和限流电抗L2同时串联接入输电线路。