[發明專利]多功能短路電流限制器

在審

• 申請號: 201710288705.1
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN106972471A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 鐘志祥;吳應華;郭文奇;朱亞東;張培遠;王健;董國慶;陸榮建;史文迪;王雷兵;邢正軍;張浩;朱林鵬;卓結彬
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網安徽省電力公司滁州供電公司
• 主分類號: H02H9/02
• 分類號: H02H9/02
• 代理公司: 合肥市上嘉專利代理事務所(普通合伙)34125
• 代理人: 胡東升

技術領域

本發明涉及電網中輸配電技術領域，具體地說，是在輸配電線路出現短路故障時對短路沖擊大電流進行有效抑制的多功能短路電流限制器。

背景技術

隨著電網的迅猛發展，單機和發電廠容量、城市運轉與工業生產的負荷及其密度的持續增加，以及各類分布式電源的廣泛并網和各級電網間的深度互聯，電網中的短路電流水平日趨增大，從而給線路輸電能力的發揮和系統的高效運行帶來了極大限制。

特別地，在電網中的某些地區其短路電流水平已經逐漸逼近甚至超過斷路器的遮斷容量，并且具有顯著的上升趨勢，從而對電網的安全穩定運行構成了嚴重威脅。

為了確保電網中相關設備的安全，降低斷路器的遮斷容量，促進電網的持續健康發展，迫切地需要對電網中的短路電流展開行之有效的限制。傳統限流方式如環網解列、母線分段及直流聯網等在不同程度地限制短路電流的同時，也給電網的運行和管理造成了不小的負面影響，而短路電流限制器憑借獨特的優勢引起了廣泛關注和深入研究。

近年來，在短路電流限制器研究領域中較為熱門的有超導限流器、PTC熱敏電阻型限流器、弧驅動型限流器、液態金屬型限流器、電力電子開關型限流器以及復合型限流器等。

在各類新型短路電流限制器的研究和設計成果不斷取得的同時，相關成果卻基本停留在理論階段，并沒有取得大規模的運用。主要原因在于當前所提出的短路電流限制器往往只是在電網出現短路故障時才發揮自身的效用，其利用效率不高。

另外，在電網正常運行時，短路電流限制器也會產生較大損耗。從而在一定程度上限制了該類短路電流限制器在實踐中的應用和推廣。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多功能短路電流限制器，以解決現有短路電流限制器功能過于單一及不利于推廣使用的難題。

為此，本發明提供了一種多功能短路電流限制器，包括變壓器、濾波電路、三相換流器、雙向DC/DC變流器以及超級電容器儲能裝置，其中，所述變壓器的初級線圈電連接至電網三相線路；所述濾波電路位于所述變壓器的次級線圈和所述三相換流器的交流側之間，用于濾除諧波；所述三相換流器的交流側與所述濾波電路相連，所述三相換流器的直流側通過兩個完全相同的電容C1和C2串聯來穩定電壓，所述三相換流器為電壓源型換流器，其各相上、下橋臂的全控型開關T1、T2、T3、T4、T5、T6均采用IGBT，每個IGBT并聯一個續流二極管；以及所述雙向DC/DC變流器作為超級電容器儲能裝置和所述三相換流器直流側之間的接口，用于控制電能在電網和超級電容器儲能裝置之間的流動方向。

進一步地，上述電容C1和所述電容C2之間的連接點構成所述三相換流器直流側母線電壓的中點，該中點與所述變壓器次級線圈的三相公共端相連接。

進一步地，上述雙向DC/DC變流器包括全控型開關T7和全控型開關T8。

進一步地，上述全控型開關T7、T8均采用MOSFET管，每個MOSFET管并聯一個續流二極管。

進一步地，上述超級電容器儲能裝置由超級電容器單體串并聯后形成的陣列構成。

進一步地，上述濾波電路由LCL濾波電路和LC濾波電路共同組成。

進一步地，上述多功能短路電流限制器還包括上位機，所述上位機根據電網運行狀態對所述三相換流器和所述雙向DC/DC變流器進行控制。

進一步地，上述上位機根據電網運行狀態對所述三相換流器和所述雙向DC/DC變流器進行控制包括：當電網處于用電低谷時，控制所述三相換流器工作于整流狀態和所述雙向DC/DC變流器工作于Buck電路模式下，利用所述超級電容器儲能裝置充電儲能；當電網發生短路故障時，控制所述三相換流器工作于逆變狀態和所述雙向DC/DC變流器工作于Boost電路模式下，向電網注入一個與系統電源電壓同相位且幅值和系統電源電壓幅值成比例的電壓，其中，所述比例的值介于0到1之間。

進一步地，上述上位機根據電網運行狀態對所述三相換流器和所述雙向DC/DC變流器進行控制包括：當電網處于用電高峰時，控制所述三相換流器工作于逆變狀態和所述雙向DC/DC變流器工作于Boost電路模式下，利用所述超級電容器儲能裝置放電釋能；當電網電壓發生波動時，控制所述三相換流器工作于逆變狀態和所述雙向DC/DC變流器工作于Boost電路模式下，向電網注入一個幅值和相位均可控的補償電壓；以及當電網處于正常運行狀態時，控制所述雙向DC/DC變流器切斷所述電網和所述超級電容器儲能裝置之間的能量流動。