[发明专利]相位受控IGBT桥式、GTO桥式和混合IGBT/半无源、GTO/半无源型故障电流限制器（FCL）

说明书

本发明提供了相位受控IGBT桥式和GTO桥式故障电流限制器(FCL)的拓扑结构，其允许将故障电流精确限制到期望的值并且可以保持这些值恒定，不受故障电流的变化(动态行为)的影响。根据本发明的实施方式，这些拓扑结构使得能够使用具有最佳触发角计算的相位控制方法。这种控制方法可以用于所提出的FCL拓扑结构和其他受控桥拓扑结构例如SCR桥、GTO桥和IGBT/IGCT/Mosfet桥拓扑结构。

技术领域

本发明涉及电流限制器领域。更具体地，本发明涉及相位受控绝缘栅双极型晶体管(IGBT)桥式、栅极关断晶闸管(GTO)桥式、以及混合 IGBT/半无源和GTO/半无源型故障电流限制器(FCL)。

背景技术

由于电子和敏感负载数量的增加以及可再生能源和分布式发电的广泛整合，近年来对现代配电网中的电能质量问题的解决方案的研究变得更加密集。主要的电能质量问题是谐波、短路电流和电压尖峰或骤降。由非线性设备产生的谐波会对电机、变压器和长电缆产生不利影响。谐波问题可以通过使用无源或有源电力滤波器(APF)来处理。故障电流对于网络设备和负载是危险的，并且还可能导致电压骤降。电压尖峰和电压骤降可以通过动态电压恢复器(DVR)和静态补偿器(STATCOM)来处理，而故障电流可以通过断路器(CB)来消除。然而，CB的响应时间受到限制。此外，CB的价格随着使CB必须跳闸的故障电流的幅度而增加。

为了限制故障电流，还可以使用超导故障电流限制器(FCL)。FCL 可以与现有的断路器串联地应用。由于响应时间快，FCL可以将短路电流限制到期望的阈值，直到断路器将受损线路与电网的其余部分断开连接。此外，FCL的实现允许降低断路器的额定短路电流，并且因此价格降低。

FCL将其阻抗从在正常操作期间的零变为在故障操作期间的某个固定或变化的阻抗(取决于FCL的类型)。存在由不同的部件组成，具有不同的设计等的许多FCL类型。

FCL可以被分为两大类——超导和非超导。与超导FCL相比，非超导FCL的主要优点是尺寸和重量更小、结构更简单和价格更低。主要缺点是功耗较高。最常见的超导FCL类型是电阻性和电感性、超导磁储能装置(SMES)和桥式FCL。非超导FCL的常见拓扑结构是电阻性的，例如串联动态制动电阻器(SDBR)和桥式FCL。

通常，桥式FCL的桥由无源(二极管)或有源(晶闸管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT))半导体组成。常规或超导电抗器和/或电阻器被放置在桥内。基于二极管的桥式FCL比基于晶闸管和晶体管的FCL更便宜，并且具有更简单的控制。基于晶体管的FCL具有最高的灵活性和控制分辨率，这允许将故障电流精确限制到期望的值。

因此，本发明的目的是提供一种相位受控IGBT桥式和GTO桥式故障电流限制器(FCL)，其允许将故障电流精确限制到期望的值并且可以保持这些值恒定，不受故障电流的变化(动态行为)的影响。这两种拓扑结构具有相同的控制器、操作原理和优点。

本发明的另一个目的是提供具有三个有源和一个无源(二极管)开关的相位受控IGBT/半无源和GTO/半无源桥式FCL的混合拓扑结构。这导致FCL的价格降低。

本发明的又一个目的是提供用于优化其控制单元的所提出的FCL的综合分析。

本发明的其他目的是提供一种相位控制算法，该相位控制算法实现具有最佳触发角计算的理论方程。这种控制方法可以用于所提出的FCL拓扑结构和其他受控桥拓扑结构，例如SCR桥、GTO桥和IGBT/IGCT/Mosfet 桥拓扑结构。

随着描述的进行，本发明的其他目的和优点将变得明显。

发明内容

一种位于电源与负载之间的IGBT和GTO桥式故障电流限制器 (FCL)，包括：