限制線路電流或使電流分?jǐn)嗟难b置及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種限制線路電流或使電流分?jǐn)嗟难b置，包括分?jǐn)嚯娏髦罚贿€包括橋式支路，所述橋式支路包括由4條完全相同的電流換向支路所構(gòu)成的兩條橋臂，所述4條電流換向支路兩兩同向串聯(lián)，所形成的兩條橋臂再進(jìn)行并聯(lián)，兩橋臂均與所述分?jǐn)嚯娏髦凡⒙?lián)連接，且兩橋臂的橋臂中點(diǎn)分別連接線路的兩端；所述各電流換向支路均包括相互串聯(lián)的至少一個(gè)高速隔離開關(guān)和至少一個(gè)雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)。此裝置能夠適應(yīng)線路的雙向電流，在保證足夠快地分?jǐn)嗨俣群偷蛽p耗的前提下，大大降低裝置的成本，減小裝置器件布局、安裝及布線的難度。本發(fā)明還公開一種使用前述裝置限制線路電流或使電流分?jǐn)嗟目刂品椒ā?br> 【專利說明】限制線路電流或使電流分?jǐn)嗟难b置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種限制線路電流或使線路電流分?jǐn)嗟难b置，以及一種控制該裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在多端直流輸電系統(tǒng)中，高壓直流斷路器是至關(guān)重要的設(shè)備之一。多端高壓直流輸電系統(tǒng)由于電壓等級(jí)高、線路阻抗小，一旦發(fā)生線路短路故障，將很快影響到直流輸電網(wǎng)絡(luò)和交流網(wǎng)絡(luò)，必須迅速切除故障。因此，高壓直流斷路器需要?jiǎng)幼魉俣瓤?，能夠最大限度地減小故障持續(xù)時(shí)間或抑制故障電流，減小故障對(duì)交/直流輸電網(wǎng)絡(luò)的沖擊。由于高壓直流斷路器串聯(lián)于輸電線路，輸電線路中潮流方向不確定，電流可能存在兩個(gè)方向，因此要求斷路器能夠分?jǐn)鄡蓚€(gè)方向的直流電流。
[0003]中國(guó)專利申請(qǐng)CN102780200A采用傳統(tǒng)高壓直流斷路器分?jǐn)嘀绷麟娏?，傳統(tǒng)高壓直流斷路器結(jié)構(gòu)由3部分構(gòu)成:交流斷路器、LC振蕩回路和耗能元件。交流斷路器分開后產(chǎn)生電弧，電弧電壓與LC振蕩回路發(fā)生諧振，當(dāng)振蕩電流峰值達(dá)到直流電流幅值時(shí)可完全抵消直流電流，使斷路器端口出現(xiàn)過零點(diǎn)，促使電弧熄滅，實(shí)現(xiàn)關(guān)斷直流電流的目的。這種分?jǐn)喾绞讲话üβ拾雽?dǎo)體器件，沒有方向性，因此，可以分?jǐn)鄡蓚€(gè)方向的電流，且正常工作時(shí)損耗很小。但是，傳統(tǒng)高壓直流斷路器滅弧時(shí)間較長(zhǎng)，約幾十毫秒，無(wú)法滿足快速隔離多端直流輸電系統(tǒng)故障的需求。
[0004]為滿足快速隔離直流故障電流并且保持較高的輸電效率，中國(guó)專利申請(qǐng)CN102687221A公開了一種使輸電線路或配電線路的電流短路的裝置和方法以及限流布置，包括主斷路器、高速開關(guān)、輔助斷路器和非線性電阻耗能元件。正常工作模式下，線路電流流過輔助回路，通態(tài)損耗?。还收夏Ｊ较?，電流換至主斷路器，最終由耗能元件吸收分?jǐn)嗄芰Α?br> [0005]高壓直流斷路裝置關(guān)斷故障電流后主斷路器承受數(shù)百kV電壓，僅在一個(gè)電流方向上功率半導(dǎo)體器件串聯(lián)數(shù)目就已達(dá)到數(shù)百只。由于功率半導(dǎo)體器件只能單方向?qū)?，為了?shí)現(xiàn)在兩個(gè)電流方向上都能夠關(guān)斷故障電流，該高壓直流斷路裝置中的主斷路器基本串聯(lián)單元采用了兩個(gè)功率半導(dǎo)體器件反串聯(lián)或反并聯(lián)結(jié)構(gòu)，主斷路器的功率半導(dǎo)體器件數(shù)量增加了一倍，在第一電流方向分?jǐn)鄷r(shí)，第二電流方向的功率半導(dǎo)體器件對(duì)分?jǐn)嚯娏骰虺惺茈妷簺]有有益作用，相當(dāng)于主斷路器功率半導(dǎo)體器件的利用率只有50%。由于功率半導(dǎo)體器件的成本在該裝置總成本中占有很大的比例，因此為了實(shí)現(xiàn)雙向電流的分?jǐn)喙δ?，大大增加了裝置的成本。主斷路器中第二電流方向的功率半導(dǎo)體器件的增加不但不會(huì)產(chǎn)生有益作用，第二電流方向的功率半導(dǎo)體器件反而會(huì)受到在第一電流方向關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的過壓和過流的不利影響。如果第二電流方向的功率半導(dǎo)體器件與第一電流方向的功率半導(dǎo)體器件采用反向并聯(lián)的方式連接，在第一電流方向關(guān)斷時(shí)的過電壓將施加在第二電流方向的功率半導(dǎo)體器件上，該電壓對(duì)于第二電流方向的功率半導(dǎo)體器件來(lái)說是反向電壓，會(huì)對(duì)器件造成損傷；如果采用第二電流方向的帶反并聯(lián)二極管的功率半導(dǎo)體器件與第一電流方向的帶反并聯(lián)二極管的功率半導(dǎo)體器件采用反向串聯(lián)的方式連接，在第一電流方向關(guān)斷過程中產(chǎn)生的很高的突變電流將流過第二電流方向的功率半導(dǎo)體器件中的續(xù)流二極管，會(huì)對(duì)器件的壽命造成不利影響。
[0006]增加的第二電流方向的功率半導(dǎo)體器件也會(huì)對(duì)主斷路器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及電氣設(shè)計(jì)造成不利的影響，第一電流方向的功率半導(dǎo)體器件的布置方向是一致的，使得電氣設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一致性。第二電流方向的功率半導(dǎo)體器件的增加破壞了原有布置方向的一致性，導(dǎo)致對(duì)器件布局、安裝及布線的難度增加。
[0007]中國(guó)專利申請(qǐng)CN102687221A的輔助斷路器支路中的超高速機(jī)械開關(guān)與主斷路器是并聯(lián)關(guān)系，超高速機(jī)械開關(guān)無(wú)法完全隔斷設(shè)備，保護(hù)主斷路器，主斷路器沒有明顯斷點(diǎn)，不利于檢修和維護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的，在于提供一種限制線路電流或使電流分?jǐn)嗟难b置及其控制方法，其能夠適應(yīng)線路的雙向電流，在保證足夠快地分?jǐn)嗨俣群偷蛽p耗的前提下，大大降低裝置的成本，減小裝置器件布局、安裝及布線的難度。
[0009]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用的解決方案是:
[0010]一種限制線路電流或使電流分?jǐn)嗟难b置，包括分?jǐn)嚯娏髦?，所述分?jǐn)嚯娏髦钒ㄒ粋€(gè)分?jǐn)鄦卧蛑辽賰蓚€(gè)分?jǐn)鄦卧拇?lián)連接，所述各分?jǐn)鄦卧ㄒ粋€(gè)固態(tài)直流斷路器和一個(gè)非線性電阻的并聯(lián)連接；
[0011]還包括橋式支路，所述橋式支路包括由4條完全相同的電流換向支路所構(gòu)成的兩條橋臂，所述4條電流換向支路兩兩同向串聯(lián)，所形成的兩條橋臂再進(jìn)行并聯(lián)，兩橋臂均與所述分?jǐn)嚯娏髦凡⒙?lián)連接，且兩橋臂的橋臂中點(diǎn)分別連接線路的兩端；所述各電流換向支路均包括相互串聯(lián)的至少一個(gè)高速隔離開關(guān)和至少一個(gè)雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)；定義電流由第一橋臂的橋臂中點(diǎn)進(jìn)入，依次流經(jīng)第一橋臂中第一電流換向支路、分?jǐn)嚯娏髦?、第二橋臂中第四電流換向支路的方向?yàn)榈谝浑娏鞣较颍x電流由第二橋臂的橋臂中點(diǎn)進(jìn)入，依次流經(jīng)第二橋臂中第三電流換向支路、分?jǐn)嚯娏髦?、第一橋臂中第二電流換向支路的方向?yàn)榈诙娏鞣较颍龉虘B(tài)直流斷路器的布置方向與第一、二電流方向相同。
[0012]上述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)由兩個(gè)功率半導(dǎo)體器件反向并聯(lián)而成，第二功率半導(dǎo)體器件具有開通關(guān)斷能力；所述第一電流換向支路中第一功率半導(dǎo)體器件、第二電流換向支路中第二功率半導(dǎo)體器件、第三電流換向支路中第二功率半導(dǎo)體器件及第四電流換向支路中第一功率半導(dǎo)體器件與第一電流方向相同，所述第一電流換向支路中第二功率半導(dǎo)體器件、第二電流換向支路中第一功率半導(dǎo)體器件、第三電流換向支路中第一功率半導(dǎo)體器件及第四電流換向支路中第二功率半導(dǎo)體器件與第二電流方向相同。
[0013]上述各電流換向支路還包括至少一個(gè)第二雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)，所述第二雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)與雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)的結(jié)構(gòu)相同，并與其同向并聯(lián)連接。
[0014]上述第一功率半導(dǎo)體器件不具有開通關(guān)斷能力。
[0015]上述固態(tài)直流斷路器由至少一個(gè)功率半導(dǎo)體器件同向串聯(lián)而成。
[0016]一種使用前述裝置使電流分?jǐn)嗟目刂品椒ǎ鲅b置串聯(lián)連接到線路的電流通路，所述分?jǐn)嚯娏髦分械墓虘B(tài)直流斷路器閉合，電流換向支路中的高速隔離開關(guān)和雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)閉合，所述控制方法包括下列步驟:
[0017]如果接收到斷開線路電流指令信號(hào)，判斷線路電流方向:
[0018]如果為第一電流方向，按照如下操作順序:
[0019]一同時(shí)關(guān)斷第二、三電流換向支路中的雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)的第二功率半導(dǎo)體器件，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦罚?br> [0020]—此后，同時(shí)斷開電第二、三電流換向支路的高速隔離開關(guān)；
[0021]一此后，同時(shí)斷開分?jǐn)嚯娏髦分械墓虘B(tài)直流斷路器，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦分械姆蔷€性電阻；
[0022]一分?jǐn)嗟谝?、四電流換向支路中的高速隔離開關(guān)，完成整個(gè)分?jǐn)噙^程；
[0023]如果為第二電流方向，按照如下操作順序:
[0024]一同時(shí)關(guān)斷第一、四電流換向支路中的雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)的第二功率半導(dǎo)體器件，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦罚?br> [0025]一此后，同時(shí)斷開第一、四電流換向支路中的高速隔離開關(guān)；
[0026]一此后，同時(shí)斷開分?jǐn)嚯娏髦分械墓虘B(tài)直流斷路器，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦分械姆蔷€性電阻；，
[0027]—分?jǐn)嗟诙?、三電流換向支路中的高速隔離開關(guān)，完成整個(gè)分?jǐn)噙^程。
[0028]一種使用前述裝置限制線路電流的控制方法:所述裝置串聯(lián)連接到線路的電流通路，所述分?jǐn)嚯娏髦分械墓虘B(tài)直流斷路器閉合，電流換向支路中的高速隔離開關(guān)和雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)閉合，所述方法包括下列步驟:
[0029]如果接收到限制線路電流指令信號(hào)，判斷線路電流方向:
[0030]如果為第一電流方向，按照如下操作順序:
[0031]一同時(shí)關(guān)斷第二、三電流換向支路中的雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)的第二功率半導(dǎo)體器件，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦罚?br> [0032]—此后，同時(shí)斷開第二、三電流換向支路中的高速隔離開關(guān)；
[0033]一此后，斷開分?jǐn)嚯娏髦分械闹辽僖粋€(gè)固態(tài)直流斷路器，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦分械闹辽僖粋€(gè)非線性電阻；
[0034]如果為第二電流方向，按照如下操作順序:
[0035]一同時(shí)關(guān)斷第一、四電流換向支路中的雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)的第二功率半導(dǎo)體器件，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦罚?br> [0036]一此后，同時(shí)斷開第一、四電流換向支路中的高速隔離開關(guān)；
[0037]一此后，斷開分?jǐn)嚯娏髦分械闹辽僖粋€(gè)固態(tài)直流斷路器，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦分械闹辽僖粋€(gè)非線性電阻，由此達(dá)到限制線路電流的目的。
[0038]采用上述方案后，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
[0039]一通態(tài)損耗低:在線路正常工作時(shí)，電流換向支路可以將分?jǐn)嚯娏髦放月罚€路電流流過由幾乎零阻抗的高速隔離開關(guān)與導(dǎo)通壓降很小的少量功率半導(dǎo)體器件組成的電流換向支路。分?jǐn)嚯娏髦酚捎谛枰叩膶?dǎo)通壓降，幾乎沒有電流流過，裝置的總損耗很低。
[0040]一與傳統(tǒng)高壓直流斷路器相比分?jǐn)嗨俣容^快，采用功率半導(dǎo)體器件作為分?jǐn)嚯娏鲌?zhí)行單元，速度很快，通常功率半導(dǎo)體器件的分?jǐn)嗨俣葍H需幾十微秒，可以忽略不計(jì)，裝置的總分?jǐn)鄷r(shí)間主要在于高速隔離開關(guān)的分?jǐn)鄷r(shí)間，目前，高速隔離開關(guān)的分?jǐn)嗨俣瓤蛇_(dá)1- 3ms，可以預(yù)測(cè)，裝置的總分?jǐn)鄷r(shí)間在3 - 5ms左右，比傳統(tǒng)高壓直流斷路器的分?jǐn)嗨俣瓤斓亩唷?br> [0041]一僅較小的成本實(shí)現(xiàn)雙向電流的分?jǐn)?本發(fā)明中的分?jǐn)嚯娏髦酚赏粋€(gè)電流方向的功率開關(guān)器件串聯(lián)組成，通過電流換向支路使得線路中的雙向電流流過分?jǐn)嚯娏髦窞橥环较?。?dāng)線路電流為第一電流方向時(shí)，電流換向支路(A，D)中的功率半導(dǎo)體器件
(7)與第一電流方向一致，關(guān)斷電流換向支路(B，C)中的功率半導(dǎo)體器件(8)，使電流換向支路(A，D)中的功率半導(dǎo)體器件(7)與第一電流方向相反，處于反向截止?fàn)顟B(tài)，使流過分?jǐn)嚯娏髦返姆较驗(yàn)閺墓?jié)點(diǎn)(I)到節(jié)點(diǎn)(2)。當(dāng)線路電流為第二電流方向時(shí)，電流換向支路(B，C)與第二電流方向一致，關(guān)斷電流換向支路(A，D)中的功率半導(dǎo)體器件(8)，使電流換向支路(A，D)中的功率半導(dǎo)體器件(7)與第二電流方向相反，處于反向截止?fàn)顟B(tài)，使流過分?jǐn)嚯娏髦返姆较驗(yàn)閺墓?jié)點(diǎn)(I)到節(jié)點(diǎn)(2)。由此可見，當(dāng)線路電流方向不同時(shí)，流過分?jǐn)嚯娏髦返碾娏鞣较蚴且恢碌?。電流換向支路一共包括少量的功率半導(dǎo)體器件和四組高速隔離開關(guān)，功率半導(dǎo)體器件數(shù)量很少，成本很低，高速隔離開關(guān)只是無(wú)電流狀態(tài)下分開，無(wú)需滅弧，僅起到隔斷電壓的作用，成本較低?？傮w成本與中國(guó)專利申請(qǐng)CN102687221A相比成本大大減小，提高了裝置中的功率半導(dǎo)體器件的利用效率，同時(shí)避免了中國(guó)專利申請(qǐng)CN102687221A實(shí)現(xiàn)雙向功能的缺陷。
[0042]一較好的隔離與檢修功能:本發(fā)明中電流換向支路中的高速隔離開關(guān)在電流分?jǐn)嗪蠓珠_，使裝置中的所有功率半導(dǎo)體器件完全被隔離，安全可靠，利于檢修和維護(hù)，無(wú)需再為裝置配置額外的隔離刀閘，節(jié)省成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]圖1是本發(fā)明裝置的連接示意圖；
[0044]圖2是第一電流方向與功率半導(dǎo)體器件的方向?qū)?yīng)關(guān)系圖；
[0045]圖3是第二電流方向與功率半導(dǎo)體器件的方向?qū)?yīng)關(guān)系圖；
[0046]圖4是電流換向支路正常模式圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]如圖1所示，本發(fā)明一種限制線路44電流或使電流分?jǐn)嗟难b置20，包括分?jǐn)嚯娏髦?9和橋式支路，下面分別進(jìn)行說明。
[0048]所述分?jǐn)嚯娏髦?9包括至少一個(gè)分?jǐn)鄦卧拇?lián)連接，兩端分別是節(jié)點(diǎn)1、2，所述各分?jǐn)鄦卧幸粋€(gè)固態(tài)直流斷路器9和一個(gè)非線性電阻13的并聯(lián)連接，且所述固態(tài)直流斷路器9由至少一個(gè)功率半導(dǎo)體器件5同向串聯(lián)而成，且固態(tài)直流斷路器9的布置方向與從節(jié)點(diǎn)I流向節(jié)點(diǎn)2的電流方向一致。
[0049]橋式支路包括由4條完全相同的電流換向支路A、B、C、D所構(gòu)成的兩條橋臂，具體連接關(guān)系是:電流換向支路A、B同向串聯(lián)，構(gòu)成第一橋臂，橋臂中點(diǎn)3與線路44的一端連接，電流換向支路C、D同向串聯(lián)，構(gòu)成第二橋臂，橋臂中點(diǎn)4與線路44的另一端連接，所述兩條橋臂再進(jìn)行同向并聯(lián)，且兩條橋臂均與前述分?jǐn)嚯娏髦?9并聯(lián)連接。
[0050]各電流換向支路均包括至少一個(gè)高速隔離開關(guān)6和至少一個(gè)雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)10的串聯(lián)連接，其中，電流換向支路A、D中的雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)10包括第一電流方向14的功率半導(dǎo)體器件7與第二電流方向15的功率半導(dǎo)體器件8組成的并聯(lián)連接，電流方向與功率半導(dǎo)體器件方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示，其中所述功率半導(dǎo)體器件8具有開通關(guān)斷能力；所述電流換向支路B、C中的雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)10包括第二電流方向15的功率半導(dǎo)體器件7與第一電流方向14的功率半導(dǎo)體器件8組成的并聯(lián)連接，電流方向與功率半導(dǎo)體器件方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3所示，其中所述功率半導(dǎo)體器件8具有開通關(guān)斷能力。
[0051 ] 在實(shí)際操作中，所述電流換向支路A、B、C、D還可另外設(shè)置至少一個(gè)雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)10，其與前述電流換向支路A、B、C、D中的雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)10同方向并聯(lián)連接。通過設(shè)置多路同向并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，可提高裝置20承受電流的能力。
[0052]所述各電流換向支路與所述分?jǐn)嚯娏髦?9相比具有更小的導(dǎo)通電阻，術(shù)語(yǔ)“導(dǎo)通電阻”指的是流經(jīng)被接通的功率半導(dǎo)體器件的電流的電阻，換言之電流換向支路比分?jǐn)嚯娏髦?9具有更低的導(dǎo)通壓降。
[0053]所述裝置20中的分?jǐn)嚯娏髦?9與所述電流換向支路相比具有更高的電壓阻塞能力，分?jǐn)嚯娏髦?9具備能夠分?jǐn)嗑€路單方向電流的能力，由于在電流分?jǐn)嗪髸?huì)在分?jǐn)嚯娏髦?9兩端，即節(jié)點(diǎn)I與節(jié)點(diǎn)2之間產(chǎn)生很高的分?jǐn)嚯妷?，在高壓直流輸電系統(tǒng)中應(yīng)用，能夠產(chǎn)生幾百千伏的高電壓，因此分?jǐn)嚯娏髦?9包括很多個(gè)功率半導(dǎo)體器件5的串聯(lián)連接，同時(shí)動(dòng)作，平均承受分?jǐn)嚯妷?，因此，分?jǐn)嚯娏髦?9與所述電流換向支路相比具有更高的電壓阻塞能力。
[0054]在本發(fā)明中，各電流換向支路A、B、C、D均存在兩種工作模式，包括正常模式和分?jǐn)嗄Ｊ?。正常模式下，即在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，裝置20流過正常線路電流，此時(shí)可控制電流換向支路A、B、C、D的功率半導(dǎo)體器件8處于導(dǎo)通狀態(tài)，正常線路電流流過電流換向支路A、B、C、D。如圖4所示，正常線路電流流經(jīng)電流換向支路A、C和電流換向支路B、D，由于電流換向支路A、B、C、D比分?jǐn)嚯娏髦?9具有更低的導(dǎo)通壓降，分?jǐn)嚯娏髦?9被旁路，幾乎沒有電流流過，電流換向支路A、C和電流換向支路B、D平均承擔(dān)線路電流，且雙向電流均可以流通，當(dāng)線路電流為第一電流方向14時(shí)，一部分電流流經(jīng)電流換向支路A的功率半導(dǎo)體器件7和電流換向支路C的功率半導(dǎo)體器件8，另一部分電流流經(jīng)電流換向支路B的功率半導(dǎo)體器件8和電流換向支路D的功率半導(dǎo)體器件7 ;當(dāng)線路電流為第二電流方向15時(shí)，一部分電流流經(jīng)電流換向支路A的功率半導(dǎo)體器件8和電流換向支路C的功率半導(dǎo)體器件7，另一部分電流流經(jīng)電流換向支路B的功率半導(dǎo)體器件7和電流換向支路D的功率半導(dǎo)體器件8 ;由于電流換向支路僅需要很少的器件實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)通電阻很小，故裝置20串入線路44產(chǎn)生的額外的損耗很小。
[0055]在分?jǐn)嗄Ｊ较拢筛鶕?jù)線路44電流方向，選擇性關(guān)斷電流換向支路A、B、C、D中的功率半導(dǎo)體器件8，通過關(guān)斷功率半導(dǎo)體器件8使雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)10變成只有單方向?qū)芰Φ墓β拾雽?dǎo)體器件，利用功率半導(dǎo)體器件具有單向?qū)ǖ奶匦裕咕€路中的雙向電流流過分?jǐn)嚯娏髦?9為同一方向，這樣就可以使分?jǐn)嚯娏髦?9中的功率半導(dǎo)體器件5僅具有一個(gè)布置方向，將功率半導(dǎo)體器件數(shù)量減小一半。高速隔離開關(guān)6的主要作用是隔斷電壓。在分?jǐn)嚯娏髦?9分?jǐn)嗪?，?huì)在節(jié)點(diǎn)I和節(jié)點(diǎn)2之間產(chǎn)生很高的分?jǐn)嚯妷海撾妷菏┘拥诫娏鲹Q向支路，高速隔離開關(guān)6可承受很高的分?jǐn)嚯妷海梢允闺娏鲹Q向支路中的功率半導(dǎo)體器件承受很小的分?jǐn)嚯妷杭纯?。[0056]總體來(lái)說，電流換向支路正常運(yùn)行時(shí)可以將分?jǐn)嚯娏髦?9旁路，以減小裝置20運(yùn)行損耗，在需要關(guān)斷電流時(shí)，又能起到電流換向作用，將一個(gè)方向的電流轉(zhuǎn)移到分?jǐn)嚯娏髦?9，該切換僅需要控制功率半導(dǎo)體器件8的開通和關(guān)斷完成，不需要額外增加硬件成本。
[0057]本發(fā)明還公開一種使用前述裝置20使電流分?jǐn)嗟目刂品椒ǎ鲅b置20串聯(lián)連接到線路44的電流通路，所述分?jǐn)嚯娏髦?9中的固態(tài)直流斷路器9閉合，電流換向支路A、B、C、D中的高速隔離開關(guān)6和雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)10閉合，所述控制方法包括下列步驟:
[0058]如果接收到斷開線路44電流指令信號(hào)，判斷線路44電流方向:
[0059]如果為第一電流方向14，按照如下操作順序:
[0060]一同時(shí)關(guān)斷電流換向支路B、C中的雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)10的功率半導(dǎo)體器件8，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦?9，
[0061]一此后，同時(shí)斷開電流換向支路B、C的高速隔離開關(guān)6，當(dāng)為第一電流方向14時(shí)，如圖2所示，電流換向支路B、C會(huì)承受分?jǐn)嚯娏髦?9分?jǐn)喈a(chǎn)生的高分?jǐn)嚯妷?，因此，在分?jǐn)嚯娏髦?9分?jǐn)嘀?，?wù)必將電流換向支路B、C的高速隔離開關(guān)6分開，以防止上述支路的功率半導(dǎo)體器件承受高分?jǐn)嚯妷憾鴵p壞；而電流換向支路A、D與分?jǐn)嚯娏髦?9是串聯(lián)連接關(guān)系，有分?jǐn)嚯娏髁鬟^，但不會(huì)承受高分?jǐn)嚯妷?，?yīng)保持閉合狀態(tài)。
[0062]—此后，同時(shí)斷開分?jǐn)嚯娏髦?9中的固態(tài)直流斷路器9，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦?9中的非線性電阻13 ；
[0063]一分?jǐn)嚯娏鲹Q向支路A、D中的高速隔離開關(guān)6，完成整個(gè)分?jǐn)噙^程。
[0064]如果為第二電流方向15，按照如下操作順序:
[0065]一同時(shí)關(guān)斷電流換向支路A、D中的雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)10的功率半導(dǎo)體器件8，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦?9 ；
[0066]一此后，同時(shí)斷開電流換向支路A、D中的高速隔離開關(guān)6，當(dāng)為第二電流方向15時(shí)，如圖3所示，電流換向支路A、D會(huì)承受分?jǐn)嚯娏髦?9分?jǐn)喈a(chǎn)生的高分?jǐn)嚯妷?，因此，在分?jǐn)嚯娏髦?9分?jǐn)嘀?，?wù)必將電流換向支路A、D中的高速隔離開關(guān)6分開，以防止上述支路的功率半導(dǎo)體器件承受高分?jǐn)嚯妷憾鴵p壞；而電流換向支路B、C與分?jǐn)嚯娏髦?9是串聯(lián)連接關(guān)系，有分?jǐn)嚯娏髁鬟^，但不會(huì)承受高分?jǐn)嚯妷?，?yīng)保持閉合狀態(tài)。
[0067]一此后，同時(shí)斷開分?jǐn)嚯娏髦?9中的固態(tài)直流斷路器9，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦?9中的非線性電阻13 ；
[0068]一分?jǐn)嚯娏鲹Q向支路B、C中的高速隔離開關(guān)6，完成整個(gè)分?jǐn)噙^程。
[0069]本發(fā)明還提供一種使用前述裝置20限制線路44電流的控制方法:所述裝置20串聯(lián)連接到線路44的電流通路，所述分?jǐn)嚯娏髦?9中的固態(tài)直流斷路器9閉合，電流換向支路A、B、C、D中的高速隔離開關(guān)6和雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)10閉合，所述方法包括下列步驟:
[0070]如果接收到限制線路44電流指令信號(hào)，判斷線路44電流方向:
[0071]如果為第一電流方向14，按照如下操作順序:
[0072]一同時(shí)關(guān)斷電流換向支路B、C中的雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)10的功率半導(dǎo)體器件8，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦?9 ；[0073]—此后，同時(shí)斷開電流換向支路B、C中的高速隔離開關(guān)6；
[0074]一此后，斷開分?jǐn)嚯娏髦?9中的特定數(shù)量的至少一個(gè)固態(tài)直流斷路器9，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦?9中的特定數(shù)量的至少一個(gè)非線性電阻13 ；
[0075]如果為第二電流方向15，按照如下操作順序:
[0076]一同時(shí)關(guān)斷電流換向支路A、D中的雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)10的功率半導(dǎo)體器件8，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦?9 ；
[0077]—此后，同時(shí)斷開電流換向支路A、D中的高速隔離開關(guān)6 ;
[0078]一此后，斷開分?jǐn)嚯娏髦?9中的特定數(shù)量的至少一個(gè)固態(tài)直流斷路器9，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦?9中的特定數(shù)量的至少一個(gè)非線性電阻13，由此達(dá)到限制線路44電流的目的。
[0079]上述特定數(shù)量由當(dāng)前電流值與限流目標(biāo)值決定。
[0080]以一個(gè)實(shí)施例說明本發(fā)明裝置的具體實(shí)現(xiàn)方式:
[0081]設(shè)計(jì)裝置20能夠限制或分?jǐn)唷?00kV高壓直流輸電線路44的雙向電流，電流分?jǐn)嗄芰?kA，具有限制電流能力。
[0082]如圖1所示，裝置20包括分?jǐn)嚯娏髦?9及電流換向支路A、B、C、D，其中分?jǐn)嚯娏髦?9包括兩組直流固態(tài)斷路器9和非線性電阻13的并聯(lián)連接，其中直流固態(tài)斷路器9在一個(gè)方向上至少包括一個(gè)功率半導(dǎo)體器件5。對(duì)于本實(shí)施例，其中分?jǐn)嚯娏髦?9應(yīng)至少能夠承受400kV的分?jǐn)嚯妷?，考慮一定裕量，按照分?jǐn)?00kV設(shè)計(jì)，選擇兩個(gè)4.5kV/1.6kA的IGBT并聯(lián)作為一個(gè)單元器件，考慮在關(guān)斷時(shí)刻可能出現(xiàn)的電壓不均，對(duì)器件的耐壓設(shè)計(jì)要留有一定裕量，共需要200個(gè)單元器件串聯(lián)，一共包括兩組，每組直流固態(tài)斷路器9為100個(gè)單元器件串聯(lián)，所有IGBT布置方向一致。
[0083]裝置20還包括電流換向支路A、B、C、D，其中電流換向支路A、B構(gòu)成第一橋臂，橋臂中點(diǎn)3與線路44的一端連接，電流換向支路C、D構(gòu)成第二橋臂，橋臂中點(diǎn)4與線路44的另一端連接，兩橋臂均與分?jǐn)嚯娏髦?9并聯(lián)連接。
[0084]裝置20共需要4個(gè)電流換向支路，每個(gè)支路的器件相同。每個(gè)支路包括至少一個(gè)雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)10和高速隔離開關(guān)6，高速隔離開關(guān)6要求能夠承受600kV的分?jǐn)嚯妷海瑒?dòng)作快速。
[0085]雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)10由一個(gè)帶有反并聯(lián)二極管的IGBT單元組成，雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)10承受很小的分?jǐn)嚯妷杭纯?，選擇帶有反并聯(lián)二極管的4.5kV/l.6kA的IGBT單元組成一個(gè)雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)10，共需要3個(gè)雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)10組成，器件的布置方向如圖2和圖3所示。
[0086]以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管本領(lǐng)域的技術(shù)人員閱讀本申請(qǐng)后，參照上述實(shí)施例本本發(fā)明進(jìn)行種種修改或變更，但這些修改或變更均在申請(qǐng)待批本發(fā)明的權(quán)利申請(qǐng)要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種限制線路電流或使電流分?jǐn)嗟难b置，包括分?jǐn)嚯娏髦罚龇謹(jǐn)嚯娏髦钒ㄒ粋€(gè)分?jǐn)鄦卧蛑辽賰蓚€(gè)分?jǐn)鄦卧拇?lián)連接，所述各分?jǐn)鄦卧ㄒ粋€(gè)固態(tài)直流斷路器和一個(gè)非線性電阻的并聯(lián)連接；其特征在于: 還包括橋式支路，所述橋式支路包括由4條完全相同的電流換向支路所構(gòu)成的兩條橋臂，所述4條電流換向支路兩兩同向串聯(lián)，所形成的兩條橋臂再進(jìn)行并聯(lián)，兩橋臂均與所述分?jǐn)嚯娏髦凡⒙?lián)連接，且兩橋臂的橋臂中點(diǎn)分別連接線路的兩端；所述各電流換向支路均包括相互串聯(lián)的至少一個(gè)高速隔離開關(guān)和至少一個(gè)雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)；定義電流由第一橋臂的橋臂中點(diǎn)進(jìn)入，依次流經(jīng)第一橋臂中第一電流換向支路、分?jǐn)嚯娏髦贰⒌诙虮壑械谒碾娏鲹Q向支路的方向?yàn)榈谝浑娏鞣较?，定義電流由第二橋臂的橋臂中點(diǎn)進(jìn)入，依次流經(jīng)第二橋臂中第三電流換向支路、分?jǐn)嚯娏髦?、第一橋臂中第二電流換向支路的方向?yàn)榈诙娏鞣较?，所述固態(tài)直流斷路器的布置方向與第一、二電流方向相同。
2.如權(quán)利要求1所述的限制線路電流或使電流分?jǐn)嗟难b置，其特征在于:所述雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)由兩個(gè)功率半導(dǎo)體器件反向并聯(lián)而成，第二功率半導(dǎo)體器件具有開通關(guān)斷能力；所述第一電流換向支路中第一功率半導(dǎo)體器件、第二電流換向支路中第二功率半導(dǎo)體器件、第三電流換向支路中第二功率半導(dǎo)體器件及第四電流換向支路中第一功率半導(dǎo)體器件與第一電流方向相同，所述第一電流換向支路中第二功率半導(dǎo)體器件、第二電流換向支路中第一功率半導(dǎo)體器件、第三電流換向支路中第一功率半導(dǎo)體器件及第四電流換向支路中第二功率半導(dǎo)體器件與第二電流方向相同。
3.如權(quán)利要求2所述的限制線路電流或使電流分?jǐn)嗟难b置，其特征在于:所述各電流換向支路還包括至少一個(gè)第二雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)，所述第二雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)與雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)的結(jié) 構(gòu)相同，并與其同向并聯(lián)連接。
4.如權(quán)利要求2所述的限制線路電流或使電流分?jǐn)嗟难b置，其特征在于:所述第一功率半導(dǎo)體器件不具有開通關(guān)斷能力。
5.如權(quán)利要求1或2所述的限制線路電流或使電流分?jǐn)嗟难b置，其特征在于:所述固態(tài)直流斷路器由至少一個(gè)功率半導(dǎo)體器件同向串聯(lián)而成。
6.一種使用如權(quán)利要求2所述的裝置使電流分?jǐn)嗟目刂品椒?，所述裝置串聯(lián)連接到線路的電流通路；其特征在于:所述分?jǐn)嚯娏髦分械墓虘B(tài)直流斷路器閉合，電流換向支路中的高速隔離開關(guān)和雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)閉合，所述控制方法包括下列步驟: 如果接收到斷開線路電流指令信號(hào)，判斷線路電流方向: 如果為第一電流方向，按照如下操作順序: 一同時(shí)關(guān)斷第二、三電流換向支路中的雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)的第二功率半導(dǎo)體器件，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦罚? 一此后，同時(shí)斷開第二、三電流換向支路的高速隔離開關(guān)； 一此后，同時(shí)斷開分?jǐn)嚯娏髦分械墓虘B(tài)直流斷路器，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦分械姆蔷€性電阻； 一分?jǐn)嗟谝弧⑺碾娏鲹Q向支路中的高速隔離開關(guān)，完成整個(gè)分?jǐn)噙^程； 如果為第二電流方向，按照如下操作順序: 一同時(shí)關(guān)斷第一、四電流換向支路中的雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)的第二功率半導(dǎo)體器件，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦?；一此后，同時(shí)斷開第一、四電流換向支路中的高速隔離開關(guān)； 一此后，同時(shí)斷開分?jǐn)嚯娏髦分械墓虘B(tài)直流斷路器，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦分械姆蔷€性電阻； 一分?jǐn)嗟诙?、三電流換向支路中的高速隔離開關(guān)，完成整個(gè)分?jǐn)噙^程。
7.一種使用如權(quán)利要求2所述的裝置限制線路電流的控制方法:所述裝置串聯(lián)連接到線路的電流通路；其特征在于:所述分?jǐn)嚯娏髦分械墓虘B(tài)直流斷路器閉合，電流換向支路中的高速隔離開關(guān)和雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)閉合，所述方法包括下列步驟: 如果接收到限制線路電流指令信號(hào)，判斷線路電流方向: 如果為第一電流方向，按照如下操作順序: 一同時(shí)關(guān)斷第二、三電流換向支路中的雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)的第二功率半導(dǎo)體器件，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦罚? 一此后，同時(shí)斷開第二、三電流換向支路中的高速隔離開關(guān)； 一此后，斷開分?jǐn)嚯娏髦分械闹辽僖粋€(gè)固態(tài)直流斷路器，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦分械闹辽僖粋€(gè)非線性電阻； 如果為第二電流方向，按照如下操作順序: 一同時(shí)關(guān)斷第一、四電流換向支路中的雙向功率半導(dǎo)體開關(guān)的第二功率半導(dǎo)體器件，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦罚? 一此后，同時(shí)斷開第一、四電流換向支路中的高速隔離開關(guān)； 一此后，斷開分?jǐn)嚯娏髦分械闹辽僖粋€(gè)固態(tài)直流斷路器，由此將電流變換到分?jǐn)嚯娏髦分械闹辽僖粋€(gè)非線性電阻，由此達(dá)到限制線路電流的目的。
【文檔編號(hào)】H02H9/02GK103972875SQ201310037531
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月31日
【發(fā)明者】王宇, 曹冬明, 方太勛, 楊浩, 楊兵, 石巍, 呂瑋 申請(qǐng)人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司