一种直流限流器拓扑结构及其直流限流器

技术领域

本发明涉及直流配电的电力电子变换技术领域，更具体地，涉及一种直流限流器拓扑结构及其直流限流器。

背景技术

近年来，随着电源和负载的结构的变化，用户对电能质量的要求越来越高，对一直以来占据配电系统主流的交流配电系统带来巨大挑战，随着智能电网的不断发展和电力电子技术的日益成熟，人们开始研究直流配电方式，直流配电具有供电容量大、线路损耗小、电能质量好、利于分布式电源的接入等一系列优点。

直流配电系统的故障研究是直流配电技术发展的基础，然而目前的故障限流器主要针对交流配电系统，或者受限于直流电压检测的滞后性，不适合于需要快速反应的直流配电系统。当直流配电系统故障时，直流电源的输出电流过大，电流幅值上升过快，造成故障电流无法控制，给直流配电系统带来不可预估的损失。2018年3月30号，公开号为CN104184135A的中国专利中公开了一种HVDC的直流限流器拓扑结构，能够在故障时限制直流电流上升的速度和幅值，快速响应直流配电系统的需要，降低功率损耗，但是此专利的技术方案中没有考虑电感电流突变导致IGBT的电压尖峰问题。

发明内容

为解决现有直流限流器应用时，电感电流突变导致尖峰电压的问题，本发明提出一种直流限流器拓扑结构及其直流限流器，在限制直流配电系统短路电流幅值上升速度的同时，避免电压尖峰的出现，保证直流配电系统对负载的不间断可靠供电。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种直流限流器拓扑结构，包括第一IGBT串、与第一IGBT串并联的第二IGBT串、RC串联支路及电感支路，所述第一IGBT串包括：第一IGBT结构及与第一IGBT结构相连于第一连接点a的第二IGBT结构，第二IGBT串包括：第三IGBT结构及与第三IGBT结构相连于第二连接点b的第四IGBT结构，所述RC串联支路与电感支路并联，RC串联支路的一端与电感支路的一端连接于第一连接点a，RC串联支路的另一端与电感支路的另一端连接于第二连接点b，形成桥式结构。

优选地，所述直流限流器拓扑结构还包括第一避雷支路，所述第一避雷支路与桥式结构并联，保证直流限流器拓扑结构应用的安全性。

优选地，所述直流限流器拓扑结构还包括第一接地支路、出口电感、第二避雷支路、第三接地支路及第四接地支路，所述第一IGBT结构的一端与第三IGBT结构的一端相连于第三连接点f，第二IGBT结构的一端与第四IGBT结构的一端相连于第四连接点d，第一接地支路的一端连接第三连接点f，第一接地支路的另一端连接地，出口电感的一端连接第四连接点d，另一端分别连接第二避雷支路的一端、第三接地支路的一端及第四接地支路的一端，第二避雷支路的另一端、第三接地支路的另一端及第四接地支路的另一端均接地，以上均起到辅助保护作用。

优选地，当直流配电系统正常运行时，所述第一IGBT结构、第二IGBT结构、第三IGBT结构及第四IGBT结构均导通，此时直流限流器拓扑结构不起作用。

优选地，控制第一IGBT结构、第二IGBT结构、第三IGBT结构及第四IGBT结构的触发脉冲，使第一IGBT结构及第四IGBT结构导通，第二IGBT结构及第三IGBT结构截止，电流经过第一IGBT结构后，分别同时经过RC串联支路及电感支路，再经过第四IGBT结构流通，形成第一电流流通路径。

优选地，当直流配电系统故障时，控制第一IGBT结构、第二IGBT结构、第三IGBT结构及第四IGBT结构的触发脉冲，使第二IGBT结构及第三IGBT结构导通，第一IGBT结构及第四IGBT结构截止，电流经过第二IGBT结构后，分别同时经过RC串联支路及电感支路，再经过第三IGBT结构流通，形成第二电流流通路径。

优选地，第一IGBT结构与第三IGBT结构为交替触发，设置为负死区，避免出现不续流或电压尖峰的情况。

优选地，电流流经的第一电流流通路径和第二电流流通路径交替切换，直流配电系统故障结束时，交替切换结束，保证对负载的不间断可靠供电。

本发明还提出一种直流限流器，所述直流限流器包括前述直流限流器拓扑结构。

优选地，所述直流限流器安装于直流配网中变压器的直流出口处或所有直流配网的装置中，除变压器之外的装置的直流出口处，保证直流限流器可以在直流配网正常工作是被屏蔽，在故障时投入运行。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明提出一种直流限流器拓扑结构及其直流限流器，所述直流限流器拓扑结构包括并联的第一IGBT串及第二IGBT串，第一IGBT串及第二IGBT串各自均包括两个相连的IGBT结构，任意两个相连的IGBT结构的连节点之间除连接有电感支路之外，还连接有RC串联支路，除了满足限制短路电流幅值增大速度之外要求的同时，还能通过RC串联支路延缓电流变化时间，避免电感支路的电流突变导致电压尖峰的出现对直流配电系统造成的损失，保证直流配电系统对负载的不间断供电。

附图说明

图1表示本发明实施例中提出的直流限流器拓扑结构的结构示意图；

图2表示本发明实施例中提出的直流限流器拓扑结构在直流配电系统正常运行时，电流流通路径的示意图；

图3表示本发明实施例中提出的直流限流器拓扑结构在直流配电系统故障时的脉冲控制图；

图4表示本发明实施例中提出的直流限流器拓扑结构在直流配电系统故障时，一种电流流通路径的示意图；

图5表示本发明实施例中提出的直流限流器拓扑结构在直流配电系统故障时，另一种电流流通路径的示意图；

图6表示本发明实施例中提出的在直流配电系统故障时，应用直流限流器的输出电流波形图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好地说明本实施例，附图某些部位会有省略、放大或缩小，并不代表实际尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知内容说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

如图1所示的直流限流器拓扑结构的结构示意图，包括：第一IGBT串1、与第一IGBT串1并联的第二IGBT串2、RC串联支路3及电感支路4，第一IGBT串1包括：第一IGBT结构11及与第一IGBT结构11相连于第一连接点a的第二IGBT结构12，第二IGBT串2包括：第三IGBT结构21及与第三IGBT结构21相连于第二连接点b的第四IGBT结构22，RC串联支路3与电感支路4并联，RC串联支路3的一端与电感支路4的一端连接于第一连接点a，RC串联支路3的另一端与电感支路4的另一端连接于第二连接点b，形成桥式结构。

在本实施例中，参见图1，直流限流器拓扑结构还包括第一避雷支路5，第一避雷支路5与桥式结构并联，保证直流限流器拓扑结构应用的安全性；直流限流器拓扑结构还包括第一接地支路6、出口电感7、第二避雷支路8、第三接地支路9及第四接地支路10，第一接地支路6由电阻和受控源串联构成，第三接地支路9由开关管和电阻串联形成，第四接地支路10仅包括开关管，第三接地支路9和第四接地支路可用于制造不同类型的短路故障，第一IGBT结构11的一端与第三IGBT结构21的一端相连于第三连接点f，第二IGBT结构12的一端与第四IGBT结构22的一端相连于第四连接点d，第一接地支路6的一端连接第三连接点f，第一接地支路6的另一端连接地；出口电感7的一端连接第四连接点d，另一端分别连接第二避雷支路8的一端、第三接地支路9的一端及第四接地支路10的一端，第二避雷支路8的另一端、第三接地支路9的另一端及第四接地支路10的另一端均接地。

在本实施例中，直流配电系统正常运行时，第一IGBT结构11、第二IGBT结构12、第三IGBT结构21及第四IGBT结构22均导通，此时直流限流器拓扑结构不起作用，具体的电流流通示意图如图2所示，图2中箭头表示电流流通方向，I表示电流。

当直流配电系统故障时，控制第一IGBT结构11、第二IGBT结构12、第三IGBT结构21及第四IGBT结构22的触发脉冲，使第一IGBT结构11及第四IGBT结构22导通，第二IGBT结构及第三IGBT结构截止，图3表示本发明实施例中提出的直流限流器拓扑结构在直流配电系统故障时的脉冲控制图，在本实施例中，结合图1，第一IGBT结构11及第四IGBT结构22导通的出发脉冲一致，均为g1，第二IGBT结构12及第三IGBT21结构的出发脉冲一致，均为g2，参见图3的脉冲控制图，横坐标为时间，纵坐标为脉冲控制幅值，虚线表示直流配电系统故障检测时间M，电流经过第一IGBT结构11后，分别同时经过RC串联支路3及电感支路4，再经过第四IGBT结构22流通，形成第一电流流通路径如图4所示，箭头表示电流I流通方向。

此外，当直流配电系统故障时，控制第一IGBT结构11、第二IGBT结构12、第三IGBT结构21及第四IGBT结构22的触发脉冲，使第二IGBT结构12及第三IGBT结构21导通，第一IGBT结构11及第四IGBT结构22截止，电流经过第二IGBT结构12后，分别同时经过RC串联支路3及电感支路4，再经过第三IGBT结构21流通，形成第二电流流通路径如图5所示，箭头表示电流I流通方向。

在本实施例中，参见图3，第一IGBT结构11与第三IGBT结构21为交替触发，且应设置为负死区，避免出现不续流或电压尖峰的情况；电流流经的第一电流流通路径和第二电流流通路径交替切换，直流配电系统故障结束时，交替切换结束，保证直流配电系统对负载的不间断可靠供电。

本发明还提出一种直流限流器，所述直流限流器包括前述直流限流器拓扑结构，所述直流限流器安装于直流配网中变压器的直流出口处或所有直流配网的装置中，除变压器之外的装置的直流出口处，保证直流限流器可以在直流配网正常工作时被屏蔽，在故障时投入运行，图6表示本发明实施例中提出的在直流配电系统故障时，应用直流限流器的输出电流波形图，图6中横坐标表示时间，纵坐标为电流幅值，正常是电流幅值为9.37A，直流系统故障时，电流幅值为297.03A，电流的变化区段为图6中的曲线段A，可以看出，本发明提出的直流限流器能够有效实现直流短路时的直流电源输出电流限幅和负载不间断供电。

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。