專利名稱：基于整流橋和雙向開關(guān)切換的故障限流方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種應(yīng)用于交流電壓供電系統(tǒng)，對(duì)短路故障電流及其上升率進(jìn)行限制的裝置，屬于交流柔性輸電技術(shù)的技術(shù)領(lǐng)域。具體說是一種基于整流橋和雙向開關(guān)切換的短路限流方法與裝置背景技術(shù)隨著電力系統(tǒng)規(guī)模和容量的不斷擴(kuò)大，短路電流的水平快速增加，當(dāng)短路電流水平超過斷路器的斷開容量時(shí)，短路故障可能造成主要電力設(shè)備如變壓器、高壓開關(guān)設(shè)備、電力電纜等的嚴(yán)重?fù)p壞，引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至造成系統(tǒng)的癱瘓。短路故障限流器在檢測(cè)到短路故障發(fā)生后，通過快速改變故障線路的阻抗參數(shù)，將短路電流限制在允許的水平，以保護(hù)電力設(shè)備，已經(jīng)成為柔性交流輸電系統(tǒng)的關(guān)鍵元件之一。限流器主要有基于電力電子技術(shù)的橋式固態(tài)限流器和基于超導(dǎo)技術(shù)的限流器。
附圖1中的虛線部分為美國西屋電力公司提出的橋路型超導(dǎo)限流器結(jié)構(gòu)。圖中，L1為直流電感，Eb為直流偏壓，用來補(bǔ)償二極管壓降，保證電感L1中的電流始終大于負(fù)載額定電流的峰值，從而保證電網(wǎng)電壓無畸變。Us為電源電壓，X1為線路阻抗，R1為負(fù)載阻抗，CB為斷路器。該超導(dǎo)限流器具有1)能從故障狀態(tài)快速恢復(fù)；2)超導(dǎo)線圈是直流的，無交流損耗；3)無鐵心，裝置的重量輕且費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。但該限流器只能在故障初期限制電流上升率，不能限制短路電流的穩(wěn)態(tài)值，限流功能弱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于整流橋和雙向開關(guān)切換的故障限流限流方法與裝置，既能限制短路故障初期的短路電流上升率，也能限制短路故障發(fā)生后短路電流的穩(wěn)態(tài)值。
本發(fā)明一種基于整流橋和雙向開關(guān)切換的故障限流方法，采用雙向和單向可控電子開關(guān)，組成一個(gè)橋路，在電力系統(tǒng)正常的情況下，控制橋路工作于不控整流狀態(tài)，一旦短路故障發(fā)生，立即控制橋路工作于兩個(gè)雙向開關(guān)狀態(tài)，將用于限流的超導(dǎo)電抗器或常規(guī)電抗器串入交流供電系統(tǒng)，以限制短路電流的穩(wěn)態(tài)值。
本發(fā)明基于整流橋和雙向開關(guān)切換的故障限流裝置，包括由電子開關(guān)ES1、ES2、ES3和ES4組成的橋路、直流限流電抗器L1和直流偏壓電源Eb；其中，電子開關(guān)ES1的一端、電子開關(guān)ES3的一端和直流限流電抗器L1的一端接在一起；直流限流電抗器L1的另一端和直流偏壓電源Eb的負(fù)極接在一起；電子開關(guān)ES2的一端、電子開關(guān)ES4的一端和直流偏壓電源Eb的正極接在一起。使用時(shí)，將所述限流器串聯(lián)在電力線路的斷路器和負(fù)載之間；電子開關(guān)ES1的另一端、電子開關(guān)ES2的另一端和線路靠近電源的一端接在一起；電子開關(guān)ES3的另一端、電子開關(guān)ES4的另一端和線路靠近負(fù)載的一端接在一起。
所述電子開關(guān)ES1、ES2、ES3、ES4為雙向可控電子開關(guān)，為一種實(shí)現(xiàn)方案。
取電子開關(guān)ES1、ES4(或ES2、ES3)為雙向可控電子開關(guān)，ES2、ES3(ES1、ES4)為單向可控電子開關(guān)為一種實(shí)現(xiàn)方案。
電抗器L1可以為超導(dǎo)型的，也可以為常規(guī)型的，超導(dǎo)型電抗器更適用于本發(fā)明方法和裝置。
本發(fā)明方法和裝置應(yīng)用于交流電壓供電系統(tǒng)，既能限制短路故障初期的短路電流上升率，也能限制短路故障發(fā)生后短路電流的穩(wěn)態(tài)值。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的限流裝置電路圖；圖2為本發(fā)明基于整流橋和雙向開關(guān)切換的故障限流裝置電路原理圖；
圖3為本發(fā)明基于整流橋和雙向開關(guān)切換的故障限流裝置電路圖(雙向電子開關(guān)ES1、ES2、ES3和ES4均由兩個(gè)可控硅SCR反并聯(lián)構(gòu)成)；圖4為本發(fā)明基于整流橋和雙向開關(guān)切換的故障限流裝置電路圖(電子開關(guān)ES1、ES4為雙向可控電子開關(guān)，ES2、ES3為單向可控電子開關(guān))；圖5為本發(fā)明基于整流橋和雙向開關(guān)切換的故障限流裝置電路圖(電子開關(guān)ES1、ES4為雙向可控電子開關(guān)，ES2、ES3為單向可控電子開關(guān)?？煽仉p向電子開關(guān)只有一個(gè)方向可以控制，另一個(gè)方向不可控)；圖6為本發(fā)明采用自關(guān)斷器件時(shí)的一種雙向開關(guān)的電路圖；圖7為本發(fā)明采用自關(guān)斷器件時(shí)的一種雙向開關(guān)的電路圖；圖8本發(fā)明采用自關(guān)斷器件時(shí)的單向開關(guān)的電路圖具體實(shí)施方式
以下參照附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例1、如圖3所示，基于整流橋和雙向開關(guān)切換的故障限流裝置，包括由電子開關(guān)ES1、ES2、ES3和ES4組成的橋路、直流限流電抗器L1和直流偏壓電源Eb；其中，電子開關(guān)ES1的一端、電子開關(guān)ES3的一端和直流限流電抗器L1的一端接在一起；直流限流電抗器L1的另一端和直流偏壓電源Eb的負(fù)極接在一起；電子開關(guān)ES2的一端、電子開關(guān)ES4的一端和直流偏壓電源Eb的正極接在一起。
所述雙向電子開關(guān)ES1、ES2、ES3和ES4均由兩個(gè)可控硅SCR反并聯(lián)構(gòu)成。在系統(tǒng)正常的情況下，控制可控硅T1、T2、T3、T4處于常通狀態(tài)，控制T5、T6、T7、T8處于關(guān)斷狀態(tài)，則開關(guān)器件組成的橋路工作于不控整流狀態(tài)，在電感L1充磁之后的穩(wěn)定狀態(tài)，由于偏壓電源Eb補(bǔ)償了開關(guān)管的通態(tài)壓降，L1中的略電流大于額定負(fù)載電流的峰值，限流器接入線路的兩個(gè)端子A、B之間電壓為零，限流器的存在對(duì)系統(tǒng)無影響。當(dāng)短路故障發(fā)生后，電源電壓經(jīng)過整流橋路加在直流電感L1上，引起L1電流的增加，由于L1位于橋路的直流側(cè)，經(jīng)過整流橋的電壓為單一極性，如果橋路一直工作于整流狀態(tài)，則L1電流將不斷增加。在該電路中，當(dāng)L1電流大于設(shè)定值后，可以給T1、T5、T4、T8(或T2、T6、T3、T7)常加觸發(fā)信號(hào)以保證其導(dǎo)通，去掉T2、T6、T3、T7(或T1、T5、T4、T8)的觸發(fā)信號(hào)并保證這幾個(gè)管子在電流過零之后處于關(guān)斷狀態(tài)，即控制橋路切換到雙向開關(guān)狀態(tài)，將L1串入交流通路，則可以限制短路電流的穩(wěn)態(tài)值。如果保證在電源的正半周短路時(shí)，開通T1、T5、T4、T8并關(guān)斷T2、T6、T3、T7；在電源負(fù)半周短路時(shí)，開通T2、T6、T3、T7并關(guān)斷T1、T5、T4、T8，則可以在下個(gè)半周內(nèi)使電感L1兩端的電流反向，L1的電感量和最終的額定電流及橋路中各個(gè)開關(guān)管的額定電流值，可以小一些(和后邊的其它方案比較)。
實(shí)施例2、如圖4所示，與實(shí)施例1基本相同，所不同的是，所述電子開關(guān)ES1、ES4為雙向可控電子開關(guān)，ES2、ES3為單向可控電子開關(guān)。在系統(tǒng)正常情況下，控制開關(guān)管T1、T2、T3、T4處于常通狀態(tài)，關(guān)斷T5、T6，橋路為不控整流狀態(tài)，限流器在電路中的作用和特點(diǎn)同上例。當(dāng)短路故障發(fā)生后，L1中電流快速上升。當(dāng)檢測(cè)到L1電流大于某一設(shè)定值時(shí)，控制關(guān)斷T2、T3并開通T1、T5、T4、T6，則L1被串入交流電路，L1在交流電路中可以限制短路電流的穩(wěn)態(tài)值。該電路比附圖3所示的方案少用了兩個(gè)管子。在電源電壓負(fù)半周發(fā)生短路后，則L1電流在下一個(gè)半周內(nèi)仍然承受上正下負(fù)的電壓，所以L1電流將可能從負(fù)載電流額定值的峰值開始，在一個(gè)周期內(nèi)持續(xù)增加，所以L1的電流、電感及開關(guān)管的額定電流值將比附圖3所示的方案大些。
實(shí)施例3、如圖5所示，與實(shí)施例2基本相同，所不同的是，在該方案中，可控雙向電子開關(guān)只有一個(gè)方向可以控制，另一個(gè)方向不可控。在正常情況下，控制T2、T3導(dǎo)通，T1、T4關(guān)斷，則D1、D2、T2、T3組成不控整流橋。在短路故障發(fā)生后，關(guān)斷T2、T3管，控制T1、T4管處于常通狀態(tài)，則電感L1串入交流電路，限制短路電流的穩(wěn)態(tài)值。該電路的參數(shù)計(jì)算同附圖4所示方案，但更簡(jiǎn)單，成本更低。
在上述方案中，可控電子開關(guān)分別采用了可控硅或者是可控硅與二極管的組合，也可以采用自關(guān)斷器件，如IGBT、IGCT、GTO等。當(dāng)采用IGBT等管子時(shí)，由于相當(dāng)于用于電流源電路，雙向開關(guān)可以采用附圖6、附圖7所示連接方法，單向開關(guān)可以采用附圖8所示方法。采用自關(guān)斷器件后的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，仿照附圖3、4、5。
權(quán)利要求
1.一種基于整流橋和雙向開關(guān)切換的故障限流方法，其步驟是采用雙向和單向可控電子開關(guān)，組成一個(gè)橋路，在電力系統(tǒng)正常的情況下，控制橋路工作于不控整流狀態(tài)，一旦短路故障發(fā)生，立即控制橋路工作于兩個(gè)雙向開關(guān)狀態(tài)，將用于限流的超導(dǎo)電抗器或常規(guī)電抗器串入交流供電系統(tǒng)，以限制短路電流的穩(wěn)態(tài)值。
2.一種基于整流橋和雙向開關(guān)切換的故障限流裝置，包括由電子開關(guān)ES1、ES2、ES3和ES4組成的橋路、直流限流電抗器L1和直流偏壓電源Eb；其特征是電子開關(guān)ES1的一端、電子開關(guān)ES3的一端和直流限流電抗器L1的一端接在一起；直流限流電抗器L1的另一端和直流偏壓電源Eb的負(fù)極接在一起；電子開關(guān)ES2的一端、電子開關(guān)ES4的一端和直流偏壓電源Eb的正極接在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于整流橋和雙向開關(guān)切換的故障限流裝置，其特征是所述電子開關(guān)ES1、ES2、ES3、ES4為雙向可控電子開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于整流橋和雙向開關(guān)切換的故障限流裝置，其特征是所述電子開關(guān)ES1、ES4或ES2、ES3為雙向可控電子開關(guān)，ES2、ES3或ES1、ES4為單向可控電子開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的基于整流橋和雙向開關(guān)切換的故障限流裝置，其特征是所述可控電子開關(guān)采用半控器件可控硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的基于整流橋和雙向開關(guān)切換的故障限流裝置，其特征是所述可控電子開關(guān)采用自關(guān)斷器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的基于整流橋和雙向開關(guān)切換的故障限流裝置，其特征是所述電抗器L1可以為超導(dǎo)型的，也可以為常規(guī)型的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于整流橋和雙向開關(guān)切換的故障限流方法，采用雙向和單向可控電子開關(guān)，組成一個(gè)橋路，在電力系統(tǒng)正常的情況下，控制橋路工作于不控整流狀態(tài)，一旦短路故障發(fā)生，立即控制橋路工作于兩個(gè)雙向開關(guān)狀態(tài)，將用于限流的超導(dǎo)電抗器或常規(guī)電抗器串入交流供電系統(tǒng)，以限制短路電流的穩(wěn)態(tài)值。同時(shí)，還公開了基于該方法的故障限流裝置。本發(fā)明方法和裝置應(yīng)用于交流電壓供電系統(tǒng)，既能限制短路故障初期的短路電流上升率，也能限制短路故障發(fā)生后短路電流的穩(wěn)態(tài)值。
文檔編號(hào)H02H9/02GK101034803SQ200710019429
公開日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2007年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月23日
發(fā)明者費(fèi)萬民, 張艷莉 申請(qǐng)人:南京師范大學(xué)