一种隔离型柔性限流装置及其控制方法

本发明涉及一种隔离型柔性限流装置及其控制方法，属于直流配网限流装置。

背景技术：

1、目前比较热门的限流装置主要有超导限流装置和固态限流装置两种。超导限流装置(superconducting fault current limiter,sfcl)主要可分为电阻型和电感型。电阻型超导限流装置主要通过在故障时产生的失超电阻限制故障电流，电感型超导限流装置主要通过超导元件与限流元件的磁通耦合特性在故障期间产生的大电感来抑制故障电流，虽然超导限流装置在实验中取得了不错的效果，但是由于超导元件自身的特点，真正应用到电网中后还是暴露出其一些缺陷，为了维持超导元件的特性，维修人员需要每周向超导限流装置补充“氮”，这无疑增加了工作人员的工作量，而且超导元件以及“氮”的价格相比于其他元件昂贵，整个系统的运行以及维护的成本较大，不符合电网“经济性”的要求。

2、固态限流装置(solid state fault current limiter,ssfcl)主要利用电力电子器件的高可控特性来抑制故障电流。传统固态故障限流装置电路拓扑主要由gto和限流装置件组成，基本工作原理为：正常工作时，限流电抗器不接入电路；故障时，电力电子器件关断将限流电抗器接入主回路中，达到限流的目的。

3、为进一步提高直流系统的可靠性、减小故障发生时故障电流对直流系统的冲击，本发明提出了一种新型隔离型柔性限流装置，应用于中低压直流系统，在系统正常运行时不影响系统，当系统发生故障时，柔性限流装置通过产生钳位电压，进而有效抑制故障电流，同时维持换流站出口侧电压的稳定。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种隔离型柔性限流装置及其控制方法。

2、本发明的技术方案如下：

3、一方面，本发明提出一种隔离型柔性限流装置，包括：

4、储能蓄电池、逆变器、变压器、整流器、限流电感和受控电流源；所述储能蓄电池的输出端连接逆变器的输入端，逆变器的输出端与变压器一侧连接，变压器的另一侧与整流器的输入端连接，整流器的输出端与限流电感的两端连接，限流电感串联至直流配网系统中，受控电流源与限流电感耦合；

5、储能蓄电池释放电能导通逆变器，通过变压器在整流器的输入端产生交流电压，整流器的输出端在限流电感的两端产生钳位电压接入直流配网系统线路进行限流；

6、所述受控电流源用于消除限流电感的磁通饱和状态。

7、作为优选实施方式，所述受控电流源包括偏置电源和去饱和控制电感，所述偏置电源与去饱和控制电感的两端连接，所述去饱和控制电感与限流电感耦合。

8、作为优选实施方式，还包括一故障类型识别模块，用于识别直流配网系统发生的故障类型；所述柔性限流装置的上位控制装置根据故障类型识别模块识别到的故障类型控制在限流电感处施加的钳位电压大小。

9、另一方面，本发明提出一种如本发明任一实施例所述的一种隔离型柔性限流装置的控制方法，包括以下步骤：

10、当直流配网系统正常运行时，逆变器在不导通，整流器为直流配网系统线路电流提供流动负载，限流电感不接入直流配网系统线路；

11、当直流配网系统发生故障时，控制储能蓄电池释放电能，逆变器导通，整流器在限流电感两端产生钳位电压，限流电感接入直流配网系统线路进行限流；

12、当限流电感的磁通饱和时，触发受控电流源产生反向磁通消除限流电感的磁通饱和状态；

13、当直流配网系统故障消除时，控制柔性限流装置恢复初始状态，同时通过限流电感、整流器、变压器和逆变器将电能释放回储能蓄电池。

14、作为优选实施方式，所述逆变器采用电压电流双闭环控制产生交流信号；

15、所述整流器采用基于二自由度的模型预测控制策略，其中电压外环采用二自由度控制，电流内环采用模型预测控制。

16、作为优选实施方式，当直流配网系统发生故障时，根据故障类型控制整流器在限流电感两端产生钳位电压大小，具体包括以下步骤：

17、通过故障类型识别模块监测并计算直流配网系统线路电压和电流的大小，当监测到电流微分值大于设定的阈值时，则判断发生短路故障；

18、判断正负极的电压大小，若只有一极低于90％的额定电压值，则低于90％的额定电压值的那一极发生短路故障，控制在限流电感两端产生钳位电压为第一电压值；

19、当正负极的电压都低于90％的额定电压值，则判断发生了极间短路故障，控制在限流电感两端产生钳位电压为两倍第一电压值。

20、本发明具有如下有益效果：

21、1、本发明通过将限流电感串联至直流配网线路中，对限流电感施加钳位电压，能够抑制极间短路故障的故障电流，还可完全消除单极接地故障时正负极电压的不平衡；同时设置了一个受控电流源，可以消除限流电感的磁通饱和，使得限流电感电流足以线性上升，提供稳定的钳位电压。

22、2、本发明中通过变压器隔离储能蓄电池侧和整流侧，直流配网对储能电池不会有影响。并且在故障切除后，储存的能量通过逆变回路流回储能电池，减小了能量的损耗故障。

技术特征：

1.一种隔离型柔性限流装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种隔离型柔性限流装置，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种隔离型柔性限流装置，其特征在于：

4.一种如权利要求1～3任一项所述的一种隔离型柔性限流装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种隔离型柔性限流装置的控制方法，其特征在于：

6.根据权利要求4所述的一种隔离型柔性限流装置的控制方法，其特征在于：

技术总结
本发明涉及一种隔离型柔性限流装置及其控制方法，其中柔性限流装置包括：储能蓄电池、逆变器、变压器、整流器、限流电感和受控电流源；所述储能蓄电池的输出端连接逆变器的输入端，逆变器的输出端与变压器一侧连接，变压器的另一侧与整流器的输入端连接，整流器的输出端与限流电感的两端连接，限流电感串联至直流配网系统中，受控电流源与限流电感耦合；储能蓄电池释放电能导通逆变器，通过变压器在整流器的输入端产生交流电压，整流器的输出端在限流电感的两端产生钳位电压接入直流配网系统线路进行限流；所述受控电流源用于消除限流电感的磁通饱和状态。

技术研发人员：郑峰,刘莞玲,刘宝瑾,黄雯锋,杨帆,黄云聪,张宏伟,王威东
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22