[发明专利]一种电容换相混合式故障限流器及其控制方法

说明书

本发明提供了一种电容换相混合式故障限流器及其控制方法，混合式限流器包括通态低损耗支路、电流转移支路和限流支路，采用半控型器件，逻辑简单，经济可靠。该限流器稳态损耗低，具备双向限流能力，可以有效抑制直流电网短路电流；延迟子模块IGBT闭锁时间，为其余保护装置动作争取足够的时间；保证限流电阻和相应的散热装置得到充分利用，提高限流效果。本发明提供的电容换相混合式故障限流器的控制方法，分为限流器所在的直流线路正常运行或检测到限流器所在的直流线路发生的故障前以及检测到电容换相混合式故障限流器所在的直流线路发生的故障后两种情况对阻感型电容换相混合限流器实现控制。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种电容换相混合式故障限流器及其控制方法。

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。

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，一是不经济，其次无限增加器件也会考验工业装置的可靠性。还存在的另一个解决思路就是采用故障限流器(fault current limiter,FCL)来抑制快速上升的故障电流，降低对断路器的严苛考验。

目前所采用的故障限流器主要包括超导限流器(superconducting faultcurrent limiter， SFCL)和固态限流器(solid-state fault current limiter,SSFCL)两大类。超导限流器通过利用超导体物理性质，在电流急剧上升时自动失超，表现为电阻特性，阻碍故障电流进一步上升。固态限流器在稳态时串联接入主电路，一旦检测到故障信号，立即通过电力电子器件的动作在故障回路中串入电阻或电感。以上两种限流器都存在固有弱点，超导限流器的主要缺点在于制造成本和设备体积对应用场合造成了限制，适用于高电压等级的超导限流器对均匀失超提出了苛刻的要求。固态限流器和固态断路器的缺点类似，受到单只电力电子器件的能力局限，往往需要大量器件串并联满足高压大电流，由此造成的通态损耗会导致经济性下降。

发明内容

为了克服上述现有技术中固态直流限流器的损耗大且经济性差以及超导限流器制造成本高和设备体积大的问题，本发明提供一种电容换相混合式故障限流器及其控制方法，电容换相混合式故障限流器包括通态低损耗支路、电流转移支路和限流支路。通态低损耗支路，用于在直流线路正常运行时实现直流线路稳态电流的导通，并在检测到直流线路发生的故障后将故障电流转移至电流转移支路，电流转移支路，用于承载通流支路转移的故障电流，并使限流支路中的限流元件接入直流线路；分为电容换相混合式故障限流器所在的直流线路正常运行或检测到电容换相混合式故障限流器所在的直流线路发生的故障前以及检测到电容换相混合式故障限流器所在的直流线路发生的故障后两种情况对电容换相混合式故障限流器实现控制，电容换相混合式故障限流器采用半控型器件，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，本发明提供一种电容换相混合式故障限流器，包括：

通态低损耗支路，用于在直流线路正常运行时实现直流线路稳态电流的导通，并在检测到直流线路发生的故障后将故障电流转移至电流转移支路；

电流转移支路，用于承载通流支路转移的故障电流，并使限流支路中的阻感型电容接入直流线路；