[发明专利]一种直流配电网的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的故障电流控制器，其由滤波回路、串联变换器回路、并联变换器回路组成。滤波回路由LCL滤波器组成，串联变换器回路由全桥电路组成，并联变换器回路由DC/DC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的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

与交流配电网相比较，基于直流配电网在输送容量、可控性以及提高供电质量等方面具有更好的性能，可以有效地提高供电容量与电能质量，快速独立地控制有功、无功功率，减少电力电子变流器的使用，降低电能损耗和运行成本，协调大电网与分布式电源之间的矛盾，充分发挥分布式能源的价值和效益，亦有助于企业采取更多的节能技术，提高能源利用率。因此，兼具可靠性、安全性、稳定性、经济性的直流配电网具有巨大的市场潜力和经济价值。

不同于交流电网的情况，直流电网中各个节点之间没有相位差，系统潮流的分布只取决于各节点电压差。由于线路阻抗的存在会导致长线路情况下线路两端的电压差较大、受负荷波动影响明显，从而导致直流配电网中潮流分布不均匀和电压随负荷脉动等情况。在负荷较轻、馈线载流量没有得到充分利用的时候，线路节点电压处于较高水平；当负荷较重、馈线载流量充分利用时，过流造成线路电压明显低于额定值；对于分布式电源、负荷构成的直流配电网络中，线路阻抗的差异会导致分配的不均匀，从而影响线路电缆的载流量不一致和节点电源的功率不对称。

为了保障直流电网运行的稳定性和安全性，需要采取措施限制直流系统故障时的电流上升率。因此直流配电网中潮流控制、电压补偿和故障电流限制是其未来发展必须面对和解决的重要技术问题，专利CN 201510179145.7给出了直流潮流控制器拓扑结构，专利CN201610638360.3给出了直流限流装置拓扑结构，专利CN201710258530.X给出了直流故障阻断拓扑结构，但均没有涉及直流设备的功能复用。对于直流配电网所需要解决的关键技术中，潮流控制和电压补偿需要长时间的调控，对应关键设备需要长时间的接入电网中，而直流电网中“短路故障次数”与“持续时间”相对于其正常运行时间来说，其比例非常低，同时直流电网对于故障电流的上升率限制较高，使得限流装置的造价较高，与其工作频次低、利用率低下、长期闲置形成了矛盾。基于上述难点，本项目提出一种直流电网用的新型多功能串并联控制器拓扑结构，该控制器将传统直流电网的几种关键设备进行一体化设计，使其具备结构简单，一机多用的功能，既可以实现正常模式下对直流电网潮流控制、电压补偿，又可以满足故障模式下故障限流功能，解决“安全性”和“经济性”的固有矛盾。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于直流配电网的故障电流控制器及控制方法，具备直流陪电网潮流控制、电压补偿、故障模式下电流限流阻断和瞬时故障穿越等功能，实现直流装置的一体化设计。

本发明的直流配电网故障电流控制器共有以下四种结构：

1、方案一：所述的故障电流控制器由滤波回路、串联变换器回路、并联变换器回路组成。滤波回路由第一电感、第一电容器、第二电感组成；串联变换器回路由第二电容器、第一避雷器、第一电力电子开关器件、第二电力电子开关器件、第三电力电子开关器件、第四电力电子开关器件组成；并联变换器由第三电容器和第一DC/DC电路组成；串联变换器回路串联接入直流配电线路的第四连接点和直流配电线路的第五连接点之间。