[發明專利]一種用于清除交直流系統故障電流的電路及其控制方法

在審

• 申請號: 201611027778.7
• 申請日: 2016-11-17
• 公開（公告）號: CN106655119A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 高沖;湯廣福;賀之淵;魏曉光;王高勇;楊俊;張升;周萬迪
• 申請（專利權）人: 全球能源互聯網研究院;國家電網公司
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02J5/00
• 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

本發明涉及交直流電網領域，具體涉及一種用于清除交直流系統故障電流的電路及其控制方法。

背景技術

現代電力系統是由交流輸電系統和直流輸電系統構成的復雜網絡。當交直流系統中的任意節點發生短路故障，比如常見的輸電線路對地短路故障，會產生幅值迅速上升的故障電流，如不及時處理，會導致設備損壞甚至系統崩潰。為維持直流電網安全穩定運行并保護電網中的關鍵設備，一般切斷故障點所在線路限制故障電流發展，達到熄滅故障電流隔離故障的目的。

系統網絡結構及故障點位置的不同，故障電流表現形式也不同，根據故障電流是否過零將其分為兩類。第一類為過零故障電流，該類故障電流呈振蕩上升趨勢，每個振蕩周期有兩個過零點；第二類故障電流為非過零故障電流，該類故障電流有的以振蕩形式甚至以指數形式迅速上升。

對于第一類故障電流，一般采用如圖1所示的常規機械開關，在電流過零點分斷機械開關達到熄滅電流目的；而對于電流不存在電流過零點的第二類故障，采用機械開關滅弧則十分困難，一般需采用改造的規機械開關來實現，如圖2所示，增加LC振蕩環節，使振蕩電流與故障電流疊加形成過零點來輔助機械開關滅弧。

故障電流自然過零或者輔助過零時通過機械開關分斷線路切除故障的上述兩類開關的優點是設備結構簡單，運行穩定及通態損耗小等，但其觸頭易被開斷電弧損壞，開斷能力有限，且故障電流的切除時間長，易造成事故擴大化，破壞系統穩定性。

隨著電力電子器件容量、可控性及開關動態特性的提升，逐漸用如圖3所示的全固態開關電路來切除電力系統的故障電流。該電路由電力電子器件串聯構成的電力電子開關回路、檢測電路、驅動與控制電路以及緩沖、吸收回路構成。該開關電路串聯于線路的系統正常運行時電力電子開關通過運行電流，當故障電流發生時，檢測電路判斷故障電流的發生及故障電流方向，驅動和控制電路根據檢測結果向電力電子開關回路發出關斷信號切斷故障電流，故障電流切斷后形成的高壓能量由緩沖和吸收電路加以限制和釋放，保護串聯電力電子器件?；陔娏﹄娮悠骷娜虘B開關電路可以顯著提高故障電流切除能力，縮短故障切除時間，而且對故障電流是否過零沒有要求。但在正常導通時，由于串聯器件導通壓降的存在，損耗過大，經濟性較差。

為克服上述缺點，近年來出現了如圖4所示的基于機械開關和電力電子器件的混合式開關電路，主通路由機械開關K5和電力電子全控器件K6串聯構成，旁路由限壓裝置和串聯電力電子開關并聯構成的組件K7構成，當檢測到故障電流時，K7中的電力電子開關組全部導通，之后主通路上的電力電子全控器件關斷切除故障電流，故障電流到達零點時附件機械開關也隨之關斷，等到機械開關完全關斷后，K7中的電力電子開關組關斷，切斷故障電流，限壓裝置抑制關斷形成的高壓并吸收能量。這種混合式開關電路既減低了通態損耗，又提高了分斷速度，但是將兩個方向線路的電流分斷，需要大量的全控電力電子開關正向串聯后再反向串聯，全控器件數量多，增加了直流斷路器設備成本。

因此，需要提供一種技術方案來彌補現有技術的不足。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種用于清除交直流系統故障電流的電路及其控制方法。

用于清除交直流系統故障電流的電路包括：開關支路，開關支路的兩端分別連接兩個主支路和兩個轉移支路；主支路和所述轉移支路的另一端互聯后，串入交直流系統。

主支路包括：快速開關和與其串聯的電力電子開關；電力電子開關包括：全控器件和與其反并聯的不控器件。

按交直流系統、不控器件到開關支路的方向導通。轉移支路包括：串聯的不控器件。全控器件包括IGBT，所述不控器件包括二極管。

開關支路包括：串聯的全控型器件組成的開關組及與開關組并聯的非線性電阻。開關支路包括：至少兩組串聯的開關組。

按主控支路、開關支路到轉移支路的方向導通。全控型器件和緩沖電路并聯。緩沖電路包括：電阻、電容和二極管構成的串聯回路；

二極管的正極分別與電阻的一端及所述全控器件的一端相連，二極管的負極設于電阻和電容間，電容的另一端與全控器件的另一端相連。

其控制方法包括如下步驟：

1)正常狀態下，閉合快速開關，兩條主支路導通；2)交直流系統檢測到故障電流時，關斷主支路中的全控器件；3)開通開關支路；4)當主支路中的電流轉移至轉移支路后，斷開非流通路徑中的快速開關；5)關斷開關支路；6)斷開流通路徑中主支路的快速開關，完成故障電流的切除。

與最接近的現有技術相比，本發明提供的技術方案具有以下有益效果：