[發明專利]一種附加二極管的模塊化限流斷路器功率模塊

有效

• 申請號: 201410201467.2
• 申請日: 2014-05-14
• 公開（公告）號: CN103986122B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 戴朝波
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網智能電網研究院
• 主分類號: H02H7/10
• 分類號: H02H7/10
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司11271
• 代理人: 徐國文

技術領域：

本發明涉及一種電力系統的短路保護裝置，具體涉及一種附加二極管的模塊化限流斷路器及其功率模塊，屬于電力系統領域。

背景技術：

隨著電網的迅速發展，負荷中心大電源的相繼投入，以及大區域電網之間的互聯，短路電流超標逐漸成為突出的問題之一。

短路電流限制器(Short Circuit Current Limiter，SCCL)或故障電流限制器(Fault Current limiter，FCL)為解決短路電流超標問題提供了一種新思路、新方法。

短路電流限制器(SCCL)或故障電流限制器(FCL)實現限流的方式千差萬別，對故障限流技術進行準確的分類十分困難。

從實施的層次看，短路電流限制措施可以分為系統級措施和設備級措施兩大類。從運行方式看，短路電流限流措施分為被動式和主動式兩大類。

被動式短路電流限制措施在正常運行與故障狀態下，均增加系統阻抗，構成簡單，易于實現，但在正常運行狀態下會產生電壓降，增加系統損耗。

主動式短路電流限制措施只是在故障狀態下快速增加系統阻抗，既限制了故障電流，又不影響系統的正常運行，是理想的故障電流限制設備；從觸發方式看，主動式短路電流限制措施進一步分為自觸發式和外觸發式，電力電子型故障電流限制器屬于外觸發式。

系統級措施中，電網解裂運行和母線分列運行是我國電網中經常采用的兩種降低系統短路電流水平的措施，且限制短路電流的可靠性很高，但這兩個措施都屬于被動方式，降低了電力系統運行的穩定性、可靠性和靈活性，給系統運行所帶來的負面影響往往不可忽視。

建設更高一級電壓的國家主干電網是提高電網運行可靠性和穩定性的最為有效的手段之一，但并不能解決當前多數電網短路電流水平超標問題，且建設難度大，周期長，需要進行更為廣泛深入的研究，短期難以解決我國電網短路電流水平普遍超標的問題。從長遠角度來看，系統級措施仍是解決短路電流水平超標問題的根本辦法，但給系統規劃、系統運行等方面的工作增加了越來越大的難度。

設備級措施中主要包括：高阻抗變壓器、串聯電抗器、變壓器中性點經小電抗接地、高阻抗發電機、高壓熔斷器、Is-快速限流器、超導限流器、熱敏(PTC)電阻、液態金屬限流器、基于電力電子的固態限流器(Solid State Current Limiter，SSCL)、應用電磁驅動原理的故障電流限制器及復合式故障電流限制器等。

故障電流限制器是解決系統關鍵點的短路電流水平超標問題的重要途徑之一。從近幾十年的發展歷程來看，限流器雖原理不同，結構形式不同，且種類繁多，但其最基本的工作特性類似，都是在電網正常運行時表現為零阻抗或微小阻抗，功耗接近于零；在電網發生短路故障時，迅速呈現高阻抗以達到抑制短路電流等目的。

現有的故障電流限制器中有大規模市場應用推廣前景的是采用多個相同的功率模塊級聯，每個功率模塊采用的功率器件為帶反并聯二極管的可關斷器件；反并聯二極管與可關斷器件封裝在一起，系統穩態運行時，線路電流流經每個功率模塊中的可關斷器件和反并聯二極管，這樣一來就導致了系統的穩態損耗非常大，穩態損耗大是該故障電流限制器最大的缺陷。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種附加二極管的模塊化限流斷路器功率模塊以克服現有技術中所存在的上述不足。

本發明提供的技術方案是：一種附加二極管的模塊化限流斷路器功率模塊，其改進之處在于：

所述功率模塊包括功率模塊I，所述功率模塊I包括與電抗器或功率電阻并聯的功率子模塊；所述功率子模塊包括反并聯電路1、反并聯電路2、阻尼電路和避雷器；所述反并聯電路1和所述反并聯電路2串聯后與并聯的阻尼電路和避雷器并聯；

所述反并聯電路1和所述反并聯電路2包括帶反并聯二極管的可關斷器件和與所述帶反并聯二極管的可關斷器件反并聯的附加二極管，所述反并聯電路1的附加二極管陰極與所述反并聯電路2的附加二極管陰極連接；

所述附加二極管為從標準恢復二極管或碳化硅二極管中選出的任意一種附加二極管。

優選的，所述可關斷器件為從集成門極換流晶閘管IGCT、門極可關斷晶閘管GTO、超級門極可關斷晶閘管SGTO、注入增強柵晶體管IEGT或絕緣柵雙極型晶體管IGBT中選出的任意一種可關斷器件。

進一步，避雷器為從金屬氧化物避雷器、金屬氧化物限壓器、碳化硅避雷器或管式避雷器中選出的任意一種避雷器。

進一步，阻尼電路為從RC阻尼電路、RCD阻尼電路、LRCD阻尼電路、或有源阻尼電路中選出的任意一種阻尼電路。