[发明专利]直流配电网接地旁路功能的耦合电感式双向直流限流器

说明书

一种直流配电网接地旁路功能的耦合电感式双向直流限流器，属于直流输电保护设备领域。本发明的目的是设计一个旨在实现直流故障电流高效抑制直流配电网接地旁路功能的耦合电感式双向直流限流器。本发明步骤是：设计GBCIB‑FCL的拓扑，设计GBCIB‑FCL拓扑的四个工作状态，建立GBCIB‑FCL拓扑限流过程的模型，给出GBCIB‑FCL的主要参数选择方法。本发明科学合理，适用性强，可靠性高，效果佳的具有接地旁路功能的耦合电感式双向直流限流器。

技术领域

本发明属于直流输电保护设备领域。

背景技术

随着能源短缺和环境恶化问题的加剧，能源的开发与利用逐渐从传统能源向可再生能源过渡。具备柔性直流输电技术优点的直流电网是可再生能源并网和消纳的有效手段。利用架空线进行直流电网组网是未来的主流形式，但其也为直流电网带来了更多发生故障的风险。由于电力电子器件组成的直流电网具有惯量低、阻抗低的特性导致其故障发展迅速，因此故障电流在数毫秒内就会达到绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolartransistor,IGBT)及相关电力电子器件的工作耐受上限，给直流系统尤其是直流换流站安全运行造成巨大隐患。而且直流系统电流没有过零点，为故障电流的高效抑制带来了新的挑战。从避免换流站闭锁退出的角度考虑，加装直流故障限流器是一种故障电流抑制的有效手段。

发明内容

本发明的目的是设计一个旨在实现直流故障电流高效抑制直流配电网接地旁路功能的耦合电感式双向直流限流器。

本发明步骤是：

S1、设计GBCIB-FCL的拓扑

GBCIB-FCL由主通流部分和限流部分组成，主通流部分由快速机械开关Brk_FCL和负荷转移开关串联组成，当系统发生短路故障时，通过投入限流部分实现的短路电流的转移，该部分由辅助支路、限流支路和旁路支路构成，辅助支路即并联IGBT固态开关S_FCL，限流支路利用电感通低频、阻高频及全控器件快速可控的特点，将直流故障电流转换变为高频交变电流，旁路支路由晶闸管阀组T_by和旁路电阻R_by串联构成，辅助支路、限流支路和旁路支路通过二极管桥实现GBCIB-FCL的双向功率交换；

S2、设计GBCIB-FCL拓扑的正常-预限流-限流-断开旁路四个工作状态

(1)直流线路正常运行时，Brk_FCL及LCS闭合导通，S_FCL关断，S_L1、S_L2关断；

(2)当GBCIB-FCL在预限流工作状态时，给S_FCL导通信号，同时给S_L1、S_L2交替导通信号，再断开Brk_FCL及LCS，GBCIB-FCL进入预限流工作状态，限流器内电流流经辅助支路；

(3)给S_FCL关断信号，S_L1、S_L2保持交替导通，触发T_by阀组，限流器内电流流经限流支路，流经分流电阻以及耦合电感；

(4)Brk_FCL断开，S_FCL关断，S_L1、S_L2关断，已触发的T_by阀组将旁路支路投入为直流电感提供泄能回路，GBCIB-FCL中电流主要流经旁路支路；

S3、建立GBCIB-FCL拓扑限流过程的模型

假设此时S_L1关断，S_L2导通，忽略限流部分中其他非线性器件，取关联参考方向，等效电路：

将式(1)整理成矩阵形式：

取状态变量x＝(i_L1 i_L2 i_L)^T，输入u＝U，列出状态方程：