[發(fā)明專利]電感耦合型高壓直流限流斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010437849.0
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111740395A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王威儒;李國慶;辛業(yè)春;江守其;王振浩
• 申請（專利權(quán)）人: 東北電力大學(xué)
• 主分類號: H02H9/02
• 分類號: H02H9/02;H02H7/26
• 代理公司: 吉林長春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

本發(fā)明涉及一種電感耦合型高壓直流限流斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，屬于柔性直流輸電領(lǐng)域。電感耦合型高壓直流限流斷路器由引流限流器和故障隔離限流器組成，引流限流器采用主動短路的方式進行引流，同時故障隔離限流器交替投入耦合電感，迫使故障電流流入引流支路，極大限度降低流入故障點的電流；故障隔離限流器負(fù)責(zé)抑制故障點注入電流并隔離故障點，引流限流器負(fù)責(zé)將故障點注入電流引入引流支路，并降低故障電流增長速率。電感耦合型限流斷路器能夠在3ms內(nèi)完成故障引流，6ms內(nèi)完成故障切除，具有良好的限流、斷路能力，并且僅需要632個IGBT器件，經(jīng)濟性較高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及柔性直流輸電領(lǐng)域，特別涉及一種具有故障電流抑制能力的電感耦合型高壓直流限流斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

高壓大容量柔性直流輸電網(wǎng)絡(luò)，憑借其潮流可控、易于消納新能源、能夠提供無功支撐等優(yōu)勢成為未來能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要支柱。模塊化多電平換流器具有高度可擴展、諧波含量低的優(yōu)點，是構(gòu)建柔性直流網(wǎng)絡(luò)的首要裝置。目前我國的柔直輸電系統(tǒng)大多臨近水源，采用水下電纜進行輸電，電纜的優(yōu)勢在于傳輸質(zhì)量穩(wěn)定、故障率低、壽命長，但是電纜成本較高，并且維修較為困難。隨著內(nèi)陸新能源消納需求的不斷提升，采用架空線模式的柔直輸電是未來內(nèi)陸直流網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向，但架空線受自然環(huán)境影響較大，故障率較高。為降低柔性直流系統(tǒng)建設(shè)成本，目前MMC換流器均采用半橋子模塊，不具備故障阻斷能力，需要配置直流斷路器以切除故障線路。但高壓大容量柔直系統(tǒng)發(fā)生接地短路后，故障電流上升速率極快，對DCCB電力電子器件的耐流極限產(chǎn)生極大考驗。故障限流器可以降低短路電流的上升速率，具有故障限流能力的直流斷路器成為目前設(shè)備研發(fā)的熱點。

為保證直流電網(wǎng)發(fā)生單極接地故障后，健全線路仍能夠正常傳輸功率，需要在各個直流線路上配置直流斷路器，在換流器閉鎖前切斷故障線路，如何降低斷路器的電力電子器件開斷應(yīng)力是目前研究的難點。相關(guān)專家相繼提出了電容型及電容電感混合型故障電流限流裝置，雖可抑制故障電流爬升速率，但仍需故障電流切除裝置。有學(xué)者提出一種具有故障限流能力的直流斷路器，通過改變故障電流在該設(shè)備中的流通路徑進而達到限制電流的目標(biāo)，但該方案配置了較多的斷路閥段，各閥段包括大量電力電子器件，建設(shè)成本較高。也有人員提出了一種具有DCCB功能的直流限流器，該方案的優(yōu)勢在于有效地利用了雙向限流器拓?fù)?，在DCCB開斷后，限流電感的能量可以通過與其并聯(lián)的限流子模塊進行泄放，DCCB承受沖擊電壓較小，但該方案需要在各個直流母線均配備雙向限流器，若應(yīng)用于大規(guī)模直流聯(lián)網(wǎng)，成本較高。如何提升DCCB的經(jīng)濟性，降低電力電子開關(guān)器件的開斷應(yīng)力是目前急需解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種電感耦合型高壓直流限流斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題。本發(fā)明斷路器分為引流限流器和故障隔離限流器，引流限流器采用主動短路的方式進行引流，同時故障隔離限流器交替投入耦合電感，迫使故障電流流入引流支路，極大限度降低了流入故障點的電流。該限流器可以有效降低各個電力電子器件的開斷應(yīng)力，各部分的電力電子器件可以相互配合，互相借用，有效提升了該拓?fù)涞慕?jīng)濟性。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

電感耦合型高壓直流限流斷路器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由引流限流器和故障隔離限流器組成，引流限流器采用主動短路的方式進行引流，同時故障隔離限流器交替投入耦合電感，迫使故障電流流入引流支路，極大限度降低流入故障點的電流；故障隔離限流器負(fù)責(zé)抑制故障點注入電流并隔離故障點，引流限流器負(fù)責(zé)將故障點注入電流引入引流支路，并降低故障電流增長速率；

引流限流器結(jié)構(gòu)由超快速機械開關(guān)、IGBT、反并聯(lián)二極管、泄能避雷器及耦合電感組成引流限流器；

故障隔離限流器結(jié)構(gòu)采用超快速機械開關(guān)、IGBT、反并聯(lián)二極管、泄能避雷器及耦合電感和電力電子開關(guān)群組構(gòu)成故障隔離限流器。