專利名稱：一種強(qiáng)迫關(guān)斷型橋式固態(tài)限流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種強(qiáng)迫關(guān)斷型橋式固態(tài)限流器，主要用于電力系統(tǒng)的短路故障下限制短路電流，保護(hù)電力電子器件免受因短路電流引起的損壞。
背景技術(shù)：
隨著社會的不斷發(fā)展，用電負(fù)荷迅速增加，同時用戶對供電質(zhì)量及其可靠性等也提出了越來越高的要求。為滿足日益增長的電能需求，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大(包括新建電網(wǎng)的增加和原有電網(wǎng)的改造、擴(kuò)建)，其結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜化，一方面使短路電流水平不斷提高，增加了系統(tǒng)設(shè)備容量如主變壓器、斷路器等的配置難度；另一方面增大了對系統(tǒng)短路故障的保護(hù)配合和處理的難度，給系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行造成嚴(yán)重隱患，成為電網(wǎng)改造、建設(shè)和發(fā)展的難以逾越的制約因索。近年來電力電子技術(shù)以及大容量電力電子器的迅速發(fā)展和在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用， 使基于電力電子器件開發(fā)短路限流器成為可能?；陔娏﹄娮悠骷_發(fā)的固態(tài)限流器在正常工作時，限流電抗器中通過直流電流、無壓降、幾乎無功耗；故障時，限流電抗器無延時自動投入；故障切除時，晶閘管在電流過零時關(guān)斷，不會引起過電壓和附加振蕩；而且還可以通過晶閘管橋的逆變工作方式，可以預(yù)設(shè)短路電流的變化曲線，以滿足電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的需要；可以實(shí)現(xiàn)無電流沖擊的軟自動重合閘等。具有廣泛的應(yīng)用前景。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種強(qiáng)迫關(guān)斷型橋式固態(tài)限流器，以減少晶閘管失控時間、減少限流電抗，保護(hù)電力電子器件免受因短路電流引起的損壞。為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型有以下兩種技術(shù)解決方案。方案1本實(shí)用新型的強(qiáng)迫關(guān)斷型橋式固態(tài)限流器包括三相橋式整流電路、強(qiáng)迫關(guān)斷電路和充電電路。-三相橋式限流電路包括由六個晶閘管組成的三相橋式整流電路、由二個晶閘管順極性串聯(lián)組成的續(xù)流回路、限流電抗器以及三相耦合變壓器，三相整流電路上橋臂的三個晶閘管共陰極連接，下橋臂的三個晶閘管共陽極連接，限流電抗器跨接在共陰極與共陽極之間，三相耦合變壓器的一次繞組按相與受保護(hù)的負(fù)荷線路串聯(lián)，二次側(cè)各相繞組的一端接地，另一端和三相整流電路各相橋臂的中點(diǎn)連接，續(xù)流回路二個晶閘管的連接點(diǎn)接地，其中上橋臂晶閘管的陰極與三相整流電路上橋臂共陰極連接，下橋臂晶閘管的陽極與三相整流電路下橋臂共陽極連接；-強(qiáng)迫關(guān)斷電路包括電容和放電晶閘管，放電晶閘管的陰極和三相整流電路上橋臂共陰極連接，陽極與電容的正極連接，電容負(fù)極和三相整流電路下橋臂共陽極連接；-充電電路包括充電電源和充電二極管，充電電源的輸入端接工作電源，輸出端和充電二極管陽極連接，充電二極管的陰極和強(qiáng)迫關(guān)斷電路中電容的正極連接。[0011]方案2本實(shí)用新型的強(qiáng)迫關(guān)斷型橋式固態(tài)限流器包括三相橋式整流電路、強(qiáng)迫關(guān)斷電路和充電電路。-三相橋式限流電路包括由六個晶閘管組成的三相橋式整流電路、由二個二極管順極性串聯(lián)組成的續(xù)流回路、限流電抗器以及三相耦合變壓器，三相整流電路上橋臂的三個晶閘管共陰極連接，下橋臂的三個晶閘管共陽極連接，限流電抗器跨接在共陰極與共陽極之間，三相耦合變壓器的一次繞組按相與受保護(hù)的負(fù)荷線路串聯(lián)，二次側(cè)各相繞組的一端接地，另一端和三相整流電路各相橋臂的中點(diǎn)連接，續(xù)流回路二個二極管的連接點(diǎn)接地，其中二極管的陰極與三相整流電路上橋臂共陰極連接，下橋臂二極管的陽極與三相整流電路下橋臂共陽極連接；-強(qiáng)迫關(guān)斷電路包括電容和放電晶閘管，放電晶閘管的陰極和三相整流電路上橋臂共陰極連接，陽極與電容的正極連接，電容負(fù)極和三相整流電路下橋臂共陽極連接；-充電電路包括充電電源和充電二極管，充電電源的輸入端接工作電源，輸出端和充電二極管陽極連接，充電二極管的陰極和強(qiáng)迫關(guān)斷電路中電容的正極連接。本實(shí)用新型的強(qiáng)迫型橋式固態(tài)限流器正常運(yùn)行時強(qiáng)迫關(guān)斷電路中的電容處于充電狀態(tài)，一旦檢測到保護(hù)對象故障，立刻控制限流電抗器的橋路停止工作，同時強(qiáng)迫關(guān)斷回路中的放電晶閘管開通，使儲能電容向限流電抗器的橋路放電，確保最后導(dǎo)通的晶閘管承受反壓而強(qiáng)迫關(guān)斷。本實(shí)用新型能有效減少三相橋式整流電路在故障切除時的失控時間， 提高限流電抗器的響應(yīng)速度，并在滿足限流水平的條件下，減少所需直流限流電感量，妥善解決了限流電抗器的體積和成本問題。由于故障切除速度高，續(xù)流回路不需要考慮能量逆饋行為，續(xù)流回路的二個晶間管可以采用全開通續(xù)流工作模式，或者直接采用二極管續(xù)流， 降低晶閘管及其控制脈沖的數(shù)量。

圖1是方案1的強(qiáng)迫關(guān)斷型橋式固態(tài)限流器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是方案2的強(qiáng)迫關(guān)斷型橋式固態(tài)限流器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參照圖1，本實(shí)用新型的強(qiáng)迫關(guān)斷型橋式固態(tài)限流器包括三相橋式整流電路1、強(qiáng)迫關(guān)斷電路2和充電電路3。-三相橋式限流電路1包括由六個晶閘管Tl，T2，T3，T4，T5，T6組成的三相橋式整流電路、由二個晶閘管T7，T8順極性串聯(lián)組成的續(xù)流回路、限流電抗器Ld以及三相耦合變壓器T，三相整流電路上橋臂的三個晶閘管Tl，T3，T5共陰極連接，下橋臂的三個晶閘管T2，T4，T6共陽極連接，限流電抗器Ld跨接在共陰極與共陽極之間，三相耦合變壓器的一次繞組按相與受保護(hù)的負(fù)荷線路串聯(lián)，二次側(cè)各相繞組的一端接地，另一端和三相整流電路各相橋臂的中點(diǎn)連接，續(xù)流回路二個晶閘管T7，T8的連接點(diǎn)接地，其中上橋臂晶閘管 T7的陰極與三相整流電路上橋臂共陰極連接，下橋臂晶閘管T8的陽極與三相整流電路下橋臂共陽極連接。-強(qiáng)迫關(guān)斷電路2包括電容C和放電晶閘管Tc，放電晶閘管Tc的陰極和三相整流電路上橋臂共陰極連接，陽極與電容C的正極連接，電容C負(fù)極和三相整流電路下橋臂共陽極連接。-充電電路3包括充電電源和充電二極管Dc，充電電源的輸入端接工作電源，輸出端和充電二極管Dc陽極連接，充電二極管Dc的陰極和強(qiáng)迫關(guān)斷電路中電容C的正極連接。工作原理在系統(tǒng)正常運(yùn)行時，三相橋式整流電路的六個晶閘管Tl，T2，T3，T4， T5，T6全開通，負(fù)荷電流經(jīng)過整流后形成平穩(wěn)的直流電流流過限流電抗器Ld，令續(xù)流晶閘管T7、T8全開通，可以在負(fù)荷電流降低時為限流電抗器Ld提供續(xù)流回路，使電流維持在負(fù)載電流峰值水平(耦合變壓器二次側(cè)峰值電流)，限流電抗器Ld上的直流壓降為零，經(jīng)過耦合變壓器后，限流電抗器在系統(tǒng)側(cè)的整體零阻抗近似為零。負(fù)載電流變化時，直流側(cè)電流會受到限流電抗器Ld的抑制。當(dāng)負(fù)荷電流瞬時降低時，續(xù)流晶閘管T7、T8為限流電抗器Ld提供續(xù)流回路，維持限流電抗器Ld電流不變。當(dāng)負(fù)荷回路故障時，系統(tǒng)電壓將經(jīng)過三相耦合變壓器部分或全部耦合到二次側(cè)，直流側(cè)電流將在限流電抗器Ld的抑制下增長，此時，控制器測量到直流電流超過設(shè)定值后，立刻關(guān)閉三相橋式整流電路的六個晶閘管Tl，Τ2，Τ3， Τ4，Τ5，Τ6的脈沖，最后導(dǎo)通的兩個晶閘管將持續(xù)導(dǎo)通到電流過零再自關(guān)斷。三相橋式整流電路脈沖關(guān)閉時，續(xù)流晶閘管Τ7，Τ8可以打開進(jìn)行續(xù)流，直流回路達(dá)到最大故障電流后即徹底關(guān)斷故障回路，電感能量將在續(xù)流回路中緩慢衰減到零；續(xù)流晶閘管Τ7，Τ8隨著三相橋式整流電路的關(guān)斷，限流電抗器退出工作，起到隔離故障點(diǎn)的作用。本實(shí)用新型的改進(jìn)工作在于可以在檢測到故障發(fā)生時關(guān)斷三相橋式整流電路的六個晶閘管Tl，Τ2，Τ3，Τ4，Τ5， Τ6的脈沖同時，閉合電容支路的放電晶閘管Tc，使電容對三相橋臂的共陽極、共陰極之間瞬間放電，令橋路中最后導(dǎo)通的晶閘管瞬間承受反壓而加速關(guān)閉。由于通過反壓是晶閘管強(qiáng)行關(guān)斷，減少了晶閘管的失控時間，整個關(guān)斷過程中限流電抗器Ld的能量的增加遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)限流器，可以很快進(jìn)入到續(xù)流階段。本實(shí)用新型獲得的這種瞬間關(guān)斷特性可以迅速關(guān)斷故障回路，使限流電抗器動作速度得到明顯提升，有限上升的故障電流對晶閘管的沖擊隨之降低，同時也降低對直流電感量的需求，并且由于本實(shí)用新型仍以晶閘管為基礎(chǔ)，保持了晶閘管高耐壓和高額定電流的可靠特性，因此，不僅獲得了成本上的優(yōu)勢，而且比原有的限流器具有更高的可靠性。參照圖2，本實(shí)用新型的強(qiáng)迫關(guān)斷型橋式固態(tài)限流器包括包括三相橋式整流電路1、強(qiáng)迫關(guān)斷電路2和充電電路3。-三相橋式限流電路1包括由六個晶閘管Tl，Τ2，Τ3，Τ4，Τ5，Τ6組成的三相橋式整流電路、由二個二極管Dl，D2順極性串聯(lián)組成的續(xù)流回路、限流電抗器Ld以及三相耦合變壓器Τ，三相整流電路上橋臂的三個晶閘管Tl，Τ3，Τ5共陰極連接，下橋臂的三個晶閘管Τ2，Τ4，Τ6共陽極連接，限流電抗器Ld跨接在共陰極與共陽極之間，三相耦合變壓器的一次繞組按相與受保護(hù)的負(fù)荷線路串聯(lián)，二次側(cè)各相繞組的一端接地，另一端和三相整流電路各相橋臂的中點(diǎn)連接，續(xù)流回路二個二極管Dl，D2的連接點(diǎn)接地，其中二極管Dl的陰極與三相整流電路上橋臂共陰極連接，下橋臂二極管D2的陽極與三相整流電路下橋臂共陽極連接。-強(qiáng)迫關(guān)斷電路2包括電容C和放電晶閘管Tc，放電晶閘管Tc的陰極和三相整流電路上橋臂共陰極連接，陽極與電容C的正極連接，電容C負(fù)極和三相整流電路下橋臂共陽極連接。-充電電路3包括充電電源和充電二極管Dc，充電電源的輸入端接工作電源，輸出端和充電二極管Dc陽極連接，充電二極管Dc的陰極和強(qiáng)迫關(guān)斷電路中電容C的正極連接。工作原理在系統(tǒng)正常運(yùn)行時，三相橋式整流電路的六個晶閘管Tl，T2，T3，T4， T5，T6全開通，負(fù)荷電流經(jīng)過整流后形成平穩(wěn)的直流電流流過限流電抗器Ld，續(xù)流二極管 D1，D2可以在負(fù)荷電流降低時為直流限流電抗器Ld提供續(xù)流回路，使限流電抗器電流維持在負(fù)載電流峰值水平(耦合變壓器二次側(cè)峰值電流)，限流電抗器Ld上的直流壓降為零，經(jīng)過耦合變壓器后，限流電抗器在系統(tǒng)側(cè)的整體零阻抗近似為零。負(fù)荷電流變化時，直流側(cè)電流會受到限流電抗器Ld的抑制。當(dāng)負(fù)荷電流瞬時降低時，續(xù)流二極管D1，D2為限流電抗器 Ld提供續(xù)流回路，維持限流電抗器Ld電流不變。當(dāng)負(fù)荷回路故障時，系統(tǒng)電壓將經(jīng)過耦合變壓器部分或全部耦合到二次側(cè)，直流側(cè)電流將在限流電抗器Ld的抑制下增長，此時，控制器測量到直流電流超過設(shè)定值后，立刻關(guān)閉三相橋式整流電路的六個晶閘管Tl，T2，T3， T4，T5，T6的脈沖，最后導(dǎo)通的兩個晶閘管將持續(xù)導(dǎo)通到電流過零再自關(guān)斷。三相橋臂脈沖關(guān)閉時，續(xù)流二極管Dl，D2續(xù)流，直流回路達(dá)到最大故障電流后即徹底關(guān)斷故障回路，電感能量將在續(xù)流回路中緩慢衰減到零。本實(shí)用新型的強(qiáng)迫關(guān)斷型橋式固態(tài)限流器可以在檢測到故障發(fā)生時關(guān)斷三相橋式整流電路Tl，Τ2，Τ3，Τ4，Τ5，Τ6的脈沖同時，閉合電容支路的放電晶閘管Tc，使電容對三相橋臂的共陽極、共陰極之間瞬間放電，令橋路中最后導(dǎo)通的晶閘管瞬間承受反壓而加速關(guān)閉，關(guān)斷過程中限流電抗器Ld的能量稍有增加，關(guān)斷后很快進(jìn)入到續(xù)流階段。本實(shí)用新型獲得的這種瞬間關(guān)斷特性可以迅速關(guān)斷故障回路，使限流電抗器動作速度得到明顯提升，有限上升的故障電流對晶閘管的沖擊隨之降低，同時也降低對直流電感量的需求，并且由于本實(shí)用新型仍以晶閘管為基礎(chǔ)，保持了晶閘管高耐壓和高額定電流的可靠特性，因此，不僅獲得了成本上的優(yōu)勢，而且比原有的限流器具有更高的可靠性。
權(quán)利要求1.一種強(qiáng)迫關(guān)斷型橋式固態(tài)限流器，其特征在于包括三相橋式整流電路(1)、強(qiáng)迫關(guān)斷電路(2)和充電電路(3)；-三相橋式限流電路(1)包括由六個晶閘管(T1，T2，T3，T4，T5，T6 )組成的三相橋式整流電路、由二個晶閘管(T7，T8)順極性串聯(lián)組成的續(xù)流回路、限流電抗器(Ld)以及三相耦合變壓器(T)，三相整流電路上橋臂的三個晶閘管(Tl，T3，T5)共陰極連接，下橋臂的三個晶閘管(T2，T4，T6)共陽極連接，限流電抗器(Ld)跨接在共陰極與共陽極之間，三相耦合變壓器的一次繞組按相與受保護(hù)的負(fù)荷線路串聯(lián)，二次側(cè)各相繞組的一端接地，另一端和三相整流電路各相橋臂的中點(diǎn)連接，續(xù)流回路二個晶閘管(T7，T8)的連接點(diǎn)接地，其中上橋臂晶閘管(Τ7)的陰極與三相整流電路上橋臂共陰極連接，下橋臂晶閘管(Τ8)的陽極與三相整流電路下橋臂共陽極連接；-強(qiáng)迫關(guān)斷電路(2)包括電容(C)和放電晶閘管(Tc)，放電晶閘管(Tc)的陰極和三相整流電路上橋臂共陰極連接，陽極與電容(C)的正極連接，電容(C)負(fù)極和三相整流電路下橋臂共陽極連接；-充電電路(3)包括充電電源和充電二極管(Dc)，充電電源的輸入端接工作電源，輸出端和充電二極管(Dc)陽極連接，充電二極管(Dc)的陰極和強(qiáng)迫關(guān)斷電路中電容(C)的正極連接。
2.一種強(qiáng)迫關(guān)斷型橋式固態(tài)限流器，其特征在于包括三相橋式整流電路(1)、強(qiáng)迫關(guān)斷電路(2)和充電電路(3)；-三相橋式限流電路(1)包括由六個晶閘管(T1，T2，T3，T4，T5，T6 )組成的三相橋式整流電路、由二個二極管(Dl，D2)順極性串聯(lián)組成的續(xù)流回路、限流電抗器(Ld)以及三相耦合變壓器(T)，三相整流電路上橋臂的三個晶閘管(Tl，T3，T5)共陰極連接，下橋臂的三個晶閘管(T2，T4，T6)共陽極連接，限流電抗器(Ld)跨接在共陰極與共陽極之間，三相耦合變壓器的一次繞組按相與受保護(hù)的負(fù)荷線路串聯(lián)，二次側(cè)各相繞組的一端接地，另一端和三相整流電路各相橋臂的中點(diǎn)連接，續(xù)流回路二個二極管(D1，D2)的連接點(diǎn)接地，其中二極管(Dl)的陰極與三相整流電路上橋臂共陰極連接，下橋臂二極管(D2)的陽極與三相整流電路下橋臂共陽極連接；-強(qiáng)迫關(guān)斷電路(2)包括電容(C)和放電晶閘管(Tc)，放電晶閘管(Tc)的陰極和三相整流電路上橋臂共陰極連接，陽極與電容(C)的正極連接，電容(C)負(fù)極和三相整流電路下橋臂共陽極連接；-充電電路(3)包括充電電源和充電二極管(Dc)，充電電源的輸入端接工作電源，輸出端和充電二極管(Dc)陽極連接，充電二極管(Dc)的陰極和強(qiáng)迫關(guān)斷電路中電容(C)的正極連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開的強(qiáng)迫關(guān)斷型橋式固態(tài)限流器包括三相橋式整流電路、強(qiáng)迫關(guān)斷電路和充電電路。三相橋式限流電路包括基于晶閘管的三相整流電路、基于晶閘管或者二極管的續(xù)流回路、直流限流電抗器，用于控制直流限流電抗器的投切。強(qiáng)迫關(guān)斷電路包括電容器和強(qiáng)迫關(guān)斷控制可控硅。充電電路包括充電電源和充電二極管。本實(shí)用新型能有效減少傳統(tǒng)橋式限流器的失控時間、降低直流限流電抗值、采用續(xù)流晶閘管全開通續(xù)流或二極管續(xù)流工作方式，控制難度小、降低了成本設(shè)備結(jié)構(gòu)和成本，安全可靠。
文檔編號H02H7/125GK202059160SQ20112014698
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者卓谷穎, 楊貴玉, 江道灼, 連霄壤 申請人:浙江大學(xué)