專利名稱：一種電力電子故障限流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力電子故障限流器。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)電力需求不斷增加，帶動(dòng)了電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，單機(jī)和發(fā)電廠容量、變電所容量、城市和中心負(fù)荷不斷增加，就使得電力系統(tǒng)之間互聯(lián)， 各級(jí)電網(wǎng)中的短路電流水平不斷提高，短路故障對(duì)電力系統(tǒng)及其相連的電氣設(shè)備的破壞性也越來(lái)越大。而且，在對(duì)電能需求量日益增長(zhǎng)的同時(shí)，人們對(duì)電能質(zhì)量、供電可靠性和安全性等也提出了更高的要求。然而，大電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題比較突出，其中最重要的原因之一是由于常規(guī)電力技術(shù)缺乏行之有效的短路故障限流技術(shù)。目前，世界上廣泛采用斷路器對(duì)短路電流全額開(kāi)斷，由于短路電流水平與系統(tǒng)的容量直接相關(guān)，在斷路器的額定開(kāi)斷電流水平一定的情況下，采用全額開(kāi)斷短路電流將會(huì)限制電力系統(tǒng)容量的增長(zhǎng)，并且斷路器價(jià)格隨著其額定開(kāi)斷電流的增加而迅速上升。隨著電網(wǎng)容量和規(guī)模的擴(kuò)大，這一問(wèn)題將變得更加嚴(yán)重。短路故障限流器是解決這一問(wèn)題的有效途徑。它通過(guò)在電網(wǎng)發(fā)生短路時(shí)，在故障線路中串入阻抗來(lái)限制故障電流，以達(dá)到保護(hù)電力設(shè)備和使斷路器能可靠開(kāi)斷的目的。圖 1所示為美國(guó)專利U. S 5，726，848 “故障限流器和交流斷路器”的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。美國(guó)專利 U. S 5，726，848采用一種單相晶閘管整流橋結(jié)構(gòu)，將限流電感并聯(lián)在整流橋的直流端，通過(guò)控制晶閘管的移相角來(lái)限制故障電流。該專利的主要問(wèn)題是諧波含量高，對(duì)負(fù)載的影響較大；同時(shí)控制方法較復(fù)雜，可靠性低。圖2為日本專利JP2000，4534 “限流裝置”的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。日本專利JP2000，4534采用單相不控整流橋結(jié)構(gòu)，在橋路的直流端并聯(lián)限流電感和正溫度系數(shù)(PTC)電阻，以達(dá)到同時(shí)限制故障電流的暫態(tài)值和穩(wěn)態(tài)值的作用。由于正溫度系數(shù)電阻通過(guò)溫升來(lái)提高電阻值，其響應(yīng)速度較慢，同時(shí)每相電路均需要一個(gè)限流電阻，成本較高。圖3所示為中國(guó)專利CN100452608C “具有單個(gè)自開(kāi)關(guān)的橋式短路故障限流裝置” 的一個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。此專利采用在單相不控整流橋的直流端并聯(lián)限流電感和開(kāi)關(guān)，交流段并聯(lián)限流電感的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，會(huì)造成電網(wǎng)電流的突變，電網(wǎng)電流的突變會(huì)在電網(wǎng)阻抗上感應(yīng)出過(guò)電壓，該過(guò)電壓作用在整流橋上，將威脅限流器本身的安全運(yùn)行。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種電力電子故障限流器。本發(fā)明采用單元化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每個(gè)單元由限流電阻和電流電感支路組成，限流電感支路提供暫態(tài)限流阻抗，限制故障電流的上升速率，而由晶閘管組成的開(kāi)關(guān)在電網(wǎng)線電流的幅值降到零時(shí)自然切斷限流電感支路，由限流電阻限制故障電流，同時(shí)限流電阻還起到單元均壓的作用， 從而方便對(duì)該單元進(jìn)行串聯(lián)，從而滿足更高電壓等級(jí)的需求。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如下所述電力電子故障限流器由多個(gè)限流單元組成，在一個(gè)限流
單元中，第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管組成二極管整流器；第一二極管和第二二極管的陰極連在一起，構(gòu)成第一直流連接點(diǎn)，第三二極管和第四二極管的陽(yáng)極連在一起，構(gòu)成第二直流連接點(diǎn)，限流電感的兩端與第一直流連接點(diǎn)和第二直流連接點(diǎn)相連，第三二極管的陰極和第一二極管的陽(yáng)極連接在一起，構(gòu)成第一交流連接點(diǎn)，第四二極管的陰極和第二二極管的陽(yáng)極連接在一起，構(gòu)成第二交流連接點(diǎn)；第一晶間管和第二晶閘管反并聯(lián)構(gòu)成第一開(kāi)關(guān)，第一開(kāi)關(guān)的一端與限流電阻的一端相連，構(gòu)成第一對(duì)外連接點(diǎn)，第一開(kāi)關(guān)的另一端與第一交流連接點(diǎn)相連；限流電阻的另一端與第二交流連接點(diǎn)相連，構(gòu)成第二對(duì)外連接點(diǎn)；多個(gè)限流單元相互串聯(lián)形成一個(gè)整體，第一限流單元的第二對(duì)外連接點(diǎn)和第二限流單元的第一對(duì)外連接點(diǎn)相連，第二限流單元的第二對(duì)外連接點(diǎn)和第三限流單元的第一對(duì)外連接點(diǎn)相連，其余限流單元的相互連接的方式以此類(lèi)推，第一個(gè)限流單元的第一對(duì)外連接點(diǎn)與電網(wǎng)相連，最后一個(gè)限流單元的第二個(gè)對(duì)外連接點(diǎn)與負(fù)載相連；開(kāi)關(guān)或用其他類(lèi)型的電力電子開(kāi)關(guān)及機(jī)械開(kāi)關(guān)，限流電阻或?yàn)樽杩?。?duì)本結(jié)構(gòu)形式的電力電子故障限流器的控制方法如下在正常狀態(tài)下，限流單元內(nèi)部的第一開(kāi)關(guān)閉合，限流電感通過(guò)第一二極管整流器與電網(wǎng)相連，限流電感的電流被充電到電網(wǎng)線電流的幅值附近，對(duì)電網(wǎng)的等效阻抗很小，對(duì)電網(wǎng)的正常工作不產(chǎn)生影響，限流單元內(nèi)部的限流電阻被旁路，對(duì)電網(wǎng)的影響很??；當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生過(guò)流時(shí)，限流電感被自動(dòng)串入電網(wǎng)，起到了限制電網(wǎng)電流的作用，但是如果不采取其他措施，限流電感電流會(huì)被逐漸充至故障電流的最大值，限流能力將不斷降低，為了保證限流單元穩(wěn)態(tài)限流能力，移除限流單元內(nèi)部的第一開(kāi)關(guān)的觸發(fā)脈沖，第一開(kāi)關(guān)在電網(wǎng)線電流的幅值下降到零后自然關(guān)斷，由于第一開(kāi)關(guān)在線電流為零時(shí)自然關(guān)斷，因此不產(chǎn)生電流突變，不會(huì)引起電網(wǎng)過(guò)電壓，同時(shí)由于電網(wǎng)線電流降到零后限流電阻才單獨(dú)串入電網(wǎng)，由于線電流很小，此時(shí)限流電阻上的電壓很小，即使各個(gè)限流單元內(nèi)部的第一開(kāi)關(guān)關(guān)斷的時(shí)間不完全一致，先關(guān)斷的限流單元也不會(huì)承受過(guò)高的電壓而遭破壞；在各個(gè)限流單元內(nèi)部的第一開(kāi)關(guān)關(guān)斷后，電網(wǎng)通過(guò)限流電阻進(jìn)行限流，各個(gè)限流單元通過(guò)限流電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)均壓，從而可以保證各個(gè)限流單元的電壓均衡， 防止個(gè)別限流單元承受過(guò)高的電壓而損壞。
圖1為美國(guó)專利U. S 5，726，848 “故障限流器和交流斷路器”的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖2為日本專利JP2000，4534 “限流裝置”的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖3中國(guó)專利CN100452608C “具有單個(gè)自開(kāi)關(guān)的橋式短路故障限流裝置”的一個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明的限流單元內(nèi)部的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；圖5為本發(fā)明的限流單元內(nèi)部及與電網(wǎng)的連接方式。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。圖4和圖5為本發(fā)明的實(shí)施例1的內(nèi)部及外部的電路結(jié)構(gòu)。如圖4所示，在一個(gè)限流單元中，第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和第四二極管D4組成二極管整流器Rfl ；第一二極管Dl和第二二極管D2的陰極連在一起，構(gòu)成第一直流連接點(diǎn)PD1，第三二極管D3和第四二極管D4的陽(yáng)極連在一起，構(gòu)成第二直流連接點(diǎn)PD2，限流電感Ls的兩端與第一直流連接點(diǎn)PDl和第二直流連接點(diǎn)PD2相連，第三二極管D3的陰極和第一二極管Dl的陽(yáng)極連接在一起，構(gòu)成第一交流連接點(diǎn)PA1，第四二極管D4的陰極和第二二極管D2 的陽(yáng)極連接在一起，構(gòu)成第二交流連接點(diǎn)PA2 ；第一晶閘管Tl和第二晶閘管T2反并聯(lián)構(gòu)成第一開(kāi)關(guān)Si，第一開(kāi)關(guān)Sl的一端與限流電阻R的一端相連，構(gòu)成第一對(duì)外連接點(diǎn)P01，第一開(kāi)關(guān)Sl的另一端與第一交流連接點(diǎn)PAl相連；限流電阻R的另一端與第二交流連接點(diǎn)PA2 相連，構(gòu)成第二對(duì)外連接點(diǎn)P02;如圖5所示，多個(gè)限流單元相互串聯(lián)形成一個(gè)整體，第一限流單元的第二對(duì)外連接點(diǎn)P02和第二限流單元的第一對(duì)外連接點(diǎn)POl相連，第二限流單元的第二對(duì)外連接點(diǎn)P02和第三限流單元的第一對(duì)外連接點(diǎn)POl相連，其余限流單元的相互連接的方式以此類(lèi)推，第一個(gè)限流單元的第一對(duì)外連接點(diǎn)POl與電網(wǎng)相連，最后一個(gè)限流單元的第二個(gè)對(duì)外連接點(diǎn)P02與負(fù)載相連。 該實(shí)施例的具體實(shí)施方式
如下在正常狀態(tài)下，限流單元內(nèi)部的第一開(kāi)關(guān)Sl閉合，限流電感Ls通過(guò)二極管整流器Rf與電網(wǎng)相連，限流電感Ls的電流被充電到電網(wǎng)線電流的幅值附近，對(duì)電網(wǎng)的等效阻抗很小，對(duì)電網(wǎng)的正常工作不產(chǎn)生影響，限流單元內(nèi)部的限流電阻R被旁路，對(duì)電網(wǎng)的影響很?。划?dāng)電網(wǎng)發(fā)生過(guò)流時(shí)，限流電感被自動(dòng)串入電網(wǎng)，起到了限制電網(wǎng)電流的作用，但是如果不采取其他措施，其電流會(huì)被逐漸充至故障電流的最大值，限流能力將不斷降低，為了保證其穩(wěn)態(tài)限流能力，移除限流單元內(nèi)部的第一開(kāi)關(guān)Sl的觸發(fā)脈沖，第一開(kāi)關(guān)Sl在電網(wǎng)線電流的幅值下降到零后自然關(guān)斷，由于第一開(kāi)關(guān)Sl在線電流為零時(shí)自然關(guān)斷，因此不產(chǎn)生電流突變，不會(huì)引起電網(wǎng)過(guò)電壓，同時(shí)由于電網(wǎng)線電流降到零后限流電阻R才單獨(dú)串入電網(wǎng)，由于線電流很小，此時(shí)限流電阻R上的電壓很小，即使各個(gè)限流單元內(nèi)部的第一開(kāi)關(guān)Sl關(guān)斷的時(shí)間不完全一致，先關(guān)斷的限流單元也不會(huì)承受過(guò)高的電壓而遭破壞；在各個(gè)限流單元內(nèi)部的第一開(kāi)關(guān)Sl關(guān)斷后，電網(wǎng)通過(guò)限流電阻R進(jìn)行限流，各個(gè)限流單元通過(guò)限流電阻R來(lái)實(shí)現(xiàn)均壓，從而可以保證各個(gè)限流單元的電壓均衡， 防止個(gè)別限流單元承受過(guò)高的電壓而損壞。
權(quán)利要求
1.一種電力電子故障限流器，其特征在于所述的電力電子故障限流器由多個(gè)限流單元組成，在一個(gè)限流單元中，第一二極管(Dl)、第二二極管(D2)、第三二極管(D3)和第四二極管(D4)組成二極管整流器(Rf)；第一二極管(Dl)和第二二極管(D2)的陰極連在一起， 構(gòu)成第一直流連接點(diǎn)(PDl)，第三二極管(D3)和第四二極管(D4)的陽(yáng)極連在一起，構(gòu)成第二直流連接點(diǎn)(PD2)，限流電感(Ls)的兩端與第一直流連接點(diǎn)(PDl)和第二直流連接點(diǎn) (PD2)相連，第三二極管(D3)的陰極和第一二極管(Dl)的陽(yáng)極連接在一起，構(gòu)成第一交流連接點(diǎn)(PAl)，第四二極管(D4)的陰極和第二二極管(D2)的陽(yáng)極連接在一起，構(gòu)成第二交流連接點(diǎn)(PA2)；第一晶閘管(Tl)和第二晶閘管(T2)反并聯(lián)構(gòu)成第一開(kāi)關(guān)(Si)，第一開(kāi)關(guān)(Si)的一端與限流電阻(R)的一端相連，構(gòu)成第一對(duì)外連接點(diǎn)(POl)，第一開(kāi)關(guān)(Si)的另一端與第一交流連接點(diǎn)(PAl)相連；限流電阻(R)的另一端與第二交流連接點(diǎn)(PA2)相連，構(gòu)成第二對(duì)外連接點(diǎn)(P02)；多個(gè)限流單元相互串聯(lián)形成一個(gè)整體，第一限流單元的第二對(duì)外連接點(diǎn)(P02)和第二限流單元的第一對(duì)外連接點(diǎn)(POl)相連，第二限流單元的第二對(duì)外連接點(diǎn)(P02)和第三限流單元的第一對(duì)外連接點(diǎn)(POl)相連，其余限流單元的相互連接的方式以此類(lèi)推，第一個(gè)限流單元的第一對(duì)外連接點(diǎn)(POl)與電網(wǎng)相連，最后一個(gè)限流單元的第二個(gè)對(duì)外連接點(diǎn)(P02)與負(fù)載相連；開(kāi)關(guān)(Si)或用其他類(lèi)型的電力電子開(kāi)關(guān)及機(jī)械開(kāi)關(guān)，限流電阻或?yàn)樽杩埂?br>
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電子故障限流器，其特征在于針對(duì)所述的電力電子故障限流器的控制方式如下在正常狀態(tài)下，限流單元內(nèi)部的第一開(kāi)關(guān)(Si)閉合，限流電感 (Ls)通過(guò)二極管整流器(Rfl)與電網(wǎng)相連，限流電感(Ls)的電流被充電到電網(wǎng)線電流的幅值附近，對(duì)電網(wǎng)的等效阻抗很小，對(duì)電網(wǎng)的正常工作不產(chǎn)生影響，限流單元內(nèi)部的限流電阻(R)被旁路，對(duì)電網(wǎng)的影響很?。划?dāng)電網(wǎng)發(fā)生過(guò)流時(shí)，限流電感(Ls)被自動(dòng)串入電網(wǎng)，起到了限制電網(wǎng)電流的作用，但限流電感(Ls)的電流會(huì)被逐漸充至故障電流的最大值，限流能力將不斷降低，為了保證所述限流單元的穩(wěn)態(tài)限流能力，移除限流單元內(nèi)部的第一開(kāi)關(guān) (Si)的觸發(fā)脈沖，第一開(kāi)關(guān)(Si)在電網(wǎng)線電流的幅值下降到零后自然關(guān)斷；在各個(gè)限流單元內(nèi)部的第一開(kāi)關(guān)(Si)關(guān)斷后，電網(wǎng)通過(guò)限流電阻(R)進(jìn)行限流，各個(gè)限流單元通過(guò)限流電阻(R)來(lái)實(shí)現(xiàn)均壓，從而可以保證各個(gè)限流單元的電壓均衡，防止個(gè)別限流單元承受過(guò)高的電壓而損壞。
全文摘要
一種電力電子故障限流器，采用單元化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每個(gè)單元由限流電阻和電流電感支路組成，限流電感支路提供暫態(tài)限流阻抗，限制故障電流的上升速率，而由晶閘管組成的開(kāi)關(guān)在電網(wǎng)線電流的幅值降到零時(shí)自然切斷限流電感支路，由限流電阻限制故障電流，同時(shí)限流電阻還起到單元均壓的作用，從而方便對(duì)該單元進(jìn)行串聯(lián)，從而滿足更高電壓等級(jí)的需求。
文檔編號(hào)H02H9/02GK102255298SQ20111018348
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者張志豐, 戴少濤, 肖立業(yè), 郭文勇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所