[发明专利]一种线路侧故障耗能支路及其控制方法

说明书

本发明提供了一种线路侧故障耗能支路及其控制方法，线路侧故障耗能支路包括通态旁路和耗能支路，逻辑简单，经济可靠。该耗能支路利用二极管和换相电容配合投入耗能电阻，稳态损耗低，能够有效屏蔽直流电抗，将故障线路和换流站隔离；节约器件，节省成本；并防止过电压，可以有效耗散直流电抗能量，减小避雷器耗散能量，延长避雷器使用寿命，增强直流断路器的可靠性。本发明提供的线路侧故障耗能支路的控制方法，分为线路侧故障耗能支路所在的直流线路正常运行或线路侧故障耗能支路所在的直流线路断路器断开前以及线路侧故障耗能支路所在的直流线路断路器断开后两种情况对线路侧故障耗能支路实现控制。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种线路侧故障耗能支路及其控制方法。

背景技术

高压大容量的直流电网技术，是未来构建智能电网和全球能源互联网的重要环节。基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter, MMC）的柔性直流输电技术便于构建直流电网，因而成为电力工业界的一个新的期望。我国即将建成的张北直流电网采用半桥子模块（half bridge sub module）加架空线方案，是世界上首个直流电网工程实践。采用架空线具有明显的技术经济性优势，但是随之而来的问题就是直流侧故障概率高，结合半桥子模块不具备直流侧故障清除能力的特点，需要采用直流断路器切断故障电流。随着直流电网容量的提高，故障电流会在更短时间内达到电力电子器件耐流极限，这要求在更快的时间内切除故障，对故障检测速度和直流断路器切断容量带来极高挑战。

当柔性直流系统处于稳态时，若忽略直流电流的波动，直流电抗器上的电压近似为0。当直流线路发生故障后，直流电抗器电压瞬间达到峰值，这对直流电抗的耐压等级提出了严格的要求。

为可靠切断故障，要求断路器不断地通过器件的串并联来满足断路过程中的电气应力，断路器切断过程中避雷器的投入会引起避雷器内的电流冲击，其造成的电动力将加速避雷器老化，影响其使用寿命，降低直流断路器的可靠性，且避雷器吸收的能量越大，其老化程度越快。针对避雷器使用寿命和可靠性问题，目前大多数研究集中于避雷器剩余寿命的诊断和预判，从而在避雷器出现故障之前进行更换。

发明内容

为了克服上述现有技术中避雷器耗散能量大且经济性差以及断路过程对直流电抗耐压等级要求高的问题，本发明提供一种线路侧故障耗能支路及其控制方法，线路侧故障耗能支路包括通态旁路和耗能模块。通态旁路，用于在直流线路发生故障后使得直流电抗和线路等效电抗的续流电流流经线路侧故障耗能支路，避免电流由换流站一侧馈入；耗能模块，用于在闭锁通态旁路IGBT后，给电容充电，并将电阻串入回路，消耗线路上电抗器和等效电感的能量，减小流入避雷器中的耗散能量，延长避雷器使用寿命，提高直流断路器可靠性；分为线路侧故障耗能支路所在的直流线路正常运行或线路侧故障耗能支路所在的直流线路断路器断开前以及线路侧故障耗能支路所在的直流线路断路器断开后两种情况对线路侧故障耗能支路实现控制，线路侧故障耗能支路利用全控器件和不控型器件，逻辑简单，经济性高，控制能力强。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一方面，本发明提供一种线路侧故障耗能支路，包括：

通态旁路，用于在直流线路发生故障后使得直流电抗和线路等效电抗的续流电流流经线路侧故障耗能支路，避免电流由换流站一侧馈入；

耗能模块，用于在闭锁通态旁路IGBT后，给电容充电，并将电阻串入回路，消耗线路上电抗器和等效电感的能量，减小流入避雷器中的耗散能量，延长避雷器使用寿命，提高直流断路器可靠性。

所述线路侧故障耗能支路一侧接地，一侧与直流电抗相连，形成公共点A。

所述通态旁路包括IGBT、二极管，IGBT与二极管D_a串联，与二极管D_b反并联。

所述耗能模块包括电容、电阻。电容、电阻与通态旁路中的IGBT。