[发明专利]一种多功能故障电流控制器及控制方法

说明书

本发明涉及一种直流配电网多功能故障电流控制器及控制方法，其由串联变换器回路(1)和并联变换器回路(2)组成。串联变换器回路(1)由NPC全桥电路、LCL滤波器、直流电容和直流泄放电阻组成，并联变换器回路(2)由NPC三电平DAB电路组成。稳态情况下，故障电流控制器可以补偿线路电压暂升、暂降和脉动，故障情况下，故障电流控制器可以提供限流电感和反向电压，综合实现直流配电网电压调节，故障电流限流、阻断的多种功能，提高故障电流控制器的使用效率。

技术领域

本发明涉及一种直流配电网用的多功能故障电流控制器及控制方法，属于直流配电网技术领域。

背景技术

较之交流配电网系统，直流配电网可以直接通过DC/DC变换器将多种电源和负荷接入系统，无需额外的能量转换环节，极大程度提高配电网的传送效率。此外，在电压等级、导体截面、电流密度和走廊宽度相当的情况下，直流配电网输送的功率高于交流系统。同时，直流配电网不存在交流系统频率、相位等同步问题，在分布式电源并网时具有明显技术优势。对于日渐紧张的城市人口、交通和城市环境等问题，通过可再生能源接入的直流配电网，能够实现绿色生态、低碳高效的电力能源传输。

针对交流系统，柔性交流输电系统(FACTS)是提升其可靠性、可控性、运行性能和电能质量的重要手段。仿照交流FACTS的思想，相关学者提出了直流FACTS的概念，并系统的研究了直流电压补偿器、直流潮流控制器、直流故障限流器等直流FACTS装备及其在电网中的应用特性。直流电压补偿器可以补偿直流馈线的电压降落，保证线路其他负荷供电电能质量；直流电压补偿器同时还可以调节可再生能源接入点电压，以减少由于分布式可再生能源的波动性和间歇性所带来的长馈线潮流大幅变化，以降低网损；直流潮流控制器可以解决因线路阻抗的差异引起的潮流分配不均匀，保证线路电缆的载流量一致和节点电源的功率均衡；故障限流器在线路发生短路故障时限制短路电流上升率，使直流设备免受大短路电流的冲击，从而可以有效保证设备的安全运行。

近年来，交流FACTS多功能复用成为国内外学者关注的研究内容，如专利CN201310234552.4和CN201410169312.5，利用PWM整流器实现交流故障电流限流。然后针对直流FACTS研究，现有研究关注独立功能的直流设备，装置复用的相关研究鲜有发表。为进一步提升直流FACTS装备的性价比，借鉴交流FACTS多功能复用的研究成果，本发明设计了一种新型多功能故障电流控制器，使其同时具备电压补偿、潮流控制、故障限流和阻断等多种功能。现有的直流电压补偿器、潮流控制器等直流FACTS拓扑都以DC-DC变换器为主流拓扑，在硬件电路上比较接近；而故障限流器和直流断路器拓扑以开关器件、电感构成的主导通支路和转移支路为主要结构，电路结构类似。硬件电路上的相似性使得直流FACTS的功能复用具备可行性。同时，实际应用中电压补偿和潮流控制需要长时间的投入运行，而故障限流、故障分断等保护功能则仅在发生故障的很短一段时间内投入工作，所以该多功能故障限流器可以功能复用并有效提升故障限流、故障分断等装置的利用率，避免其长期闲置。最后，多功能一体化设计节约了直流FACTS的硬件成本和安装成本，大幅提高直流FACTS装备的性价比。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于直流配电网用的多功能故障电流控制器及控制方法，具有电压补偿、潮流控制、故障限流和阻断等多种功能，有效提高直流配电网装置的综合利用率。

本发明的多功能故障电流控制器共有以下三种结构方式：

1、方案一：多功能故障电流控制器包括串联变换器回路和并联变换器回路，串联变换器回路串联接入直流配电线路的第三连接点和直流配电线路的第四连接点之间。