一種基于igct半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的短路電流限制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于IGCT半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的短路電流限制方法，包括步驟有：(1)短路電流發(fā)生的環(huán)境分類(lèi)；(2)無(wú)窮大電源系統(tǒng)和有限電源系統(tǒng)短路電流對(duì)比；(3)搭建基于IGCT短路電流限流拓?fù)潆娐罚?4)限流過(guò)程的具體確定：(5)在短路電流得到限流之后，使用斷路器將發(fā)生短路故障的線(xiàn)路徹底斷開(kāi)，然后進(jìn)行故障搶修。本發(fā)明方法提供比機(jī)械開(kāi)關(guān)更快的保護(hù)，并能提供更快的再次啟動(dòng)、工作可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，有效限制短路電流不僅僅可以解決電力系統(tǒng)短路容量超標(biāo)問(wèn)題,而且還可以降低電網(wǎng)中各種電氣設(shè)備如變壓器、斷路器等對(duì)短路電流的設(shè)計(jì)容量標(biāo)準(zhǔn),從而帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種基于IGCT半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的短路電流限制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)化【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于IGCT半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的 短路電流限制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，電力系統(tǒng)廣泛采用斷路器對(duì)短路電流全額分?jǐn)嘁员Ｗo(hù)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，但 是現(xiàn)有斷路器的分?jǐn)嗄芰σ言絹?lái)越不能滿(mǎn)足系統(tǒng)短路電流增長(zhǎng)的需要。為此，現(xiàn)已采用的 方法是：在可能出現(xiàn)巨大短路電流的線(xiàn)路上安裝快速熔斷器，但卻破壞了保護(hù)的選擇性，降 低了系統(tǒng)運(yùn)行的自動(dòng)化水平。此問(wèn)題一直沒(méi)有得到有效解決，因而亟待研制一種既能對(duì)短 路電流進(jìn)行抑制，又不破壞系統(tǒng)原有保護(hù)選擇性的電網(wǎng)限流裝置，以對(duì)短路電流峰值加以 限制，使得現(xiàn)有斷路器能夠正常分?jǐn)?，達(dá)到有效保護(hù)各種電氣以及電子設(shè)備的安全，盡可能 地縮小故障范圍，保證電力系統(tǒng)的不間斷供電的目的。尋找有效的短路限流措施，以限制 電力系統(tǒng)的短路容量，從而極大地減輕斷路器等各種電氣設(shè)備的負(fù)擔(dān)，提高其工作可靠性 和使用壽命，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，已成為目前電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的迫切問(wèn) 題。
[0003] IGCT(Intergrated Gate Commutated Thyristors)是在 GTO(gate turn-off thyristor)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新器件，兼有IGBT(insulated-gate bipolar transistor)和GTO的優(yōu)點(diǎn)，又克服了二者的不足，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0004] ①通態(tài)壓降小，耐壓高，電流密度大；
[0005] ②易于觸發(fā)和開(kāi)關(guān)特性好；
[0006] ③易于實(shí)現(xiàn)觸發(fā)、狀態(tài)監(jiān)視電路和IGCT管芯的一體化集成，通過(guò)2根光纖輸入觸 發(fā)信號(hào)和輸出工作狀態(tài)信號(hào)，從而簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，大大提高了裝置的可靠性。
[0007] IGCT是一種較為理想的兆瓦級(jí)、中高壓開(kāi)關(guān)器件，非常適合在限流器等FACTS裝 置中應(yīng)用，已在中高壓系統(tǒng)中得到了廣泛的商業(yè)推廣。
[0008] 現(xiàn)代故障限流技術(shù)包括超導(dǎo)限流技術(shù)、PTC材料限流技術(shù)、磁元件限流技術(shù)和固態(tài) 限流技術(shù)等，因此，研制出一種新型的IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor)故 障電流限流技術(shù)將會(huì)為故障限流技術(shù)提供一種全新的解決問(wèn)題的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于IGCT半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件 的短路電流限制方法。
[0010] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0011] 一種基于IGCT半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的短路電流限制方法，包括步驟如下：
[0012] (1)短路電流發(fā)生的環(huán)境分類(lèi)，即將電網(wǎng)分為無(wú)窮大電源系統(tǒng)和有限電源系統(tǒng)；
[0013] (2)無(wú)窮大電源系統(tǒng)和有限電源系統(tǒng)短路電流對(duì)比，得出結(jié)論為：有限電源系統(tǒng) 的短路電流偏移更加明顯，短路電流幅值也較無(wú)窮大電源系統(tǒng)增大；
[0014] (3)搭建基于IGCT短路電流限流拓?fù)潆娐?；該電路包括一組并聯(lián)電路及與并聯(lián)電 路串接的電感L2,其中，并聯(lián)電路包括并聯(lián)的ZnO避雷器、固定電容器C0、由開(kāi)關(guān)Sn串聯(lián)電 容Cn構(gòu)成的多路電容器組、及一對(duì)輪流半周導(dǎo)通的晶閘管IGCT1和IGCT2再串聯(lián)旁路電感 L1，其中，并聯(lián)的多路電容器組的等效電容用C表示；
[0015] (4)限流過(guò)程的具體確定：
[0016] ①正常情況下兩個(gè)晶閘管IGCT器件處于截止?fàn)顟B(tài)，IGCT所在回路無(wú)電流流過(guò)，電 流經(jīng)無(wú)功補(bǔ)償電容器組C和串聯(lián)電感L2流過(guò)；
[0017] ②當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障，兩個(gè)IGCT器件輪流導(dǎo)通半周電流；
[0018] ③IGCT器件導(dǎo)通后，電感L1與電容器組C并聯(lián)運(yùn)行，由于L1電感量與電容器組 C的電容量同步改變，電感L1與電容器組C形成并聯(lián)諧振電抗；
[0019] ④電感L1與電容器組C形成的大電抗電路使發(fā)生短路故障線(xiàn)路中的電抗值由發(fā) 生短路后的接近零值，重新恢復(fù)到未發(fā)生短路故障之前的水平，以確保短路電流下降到接 近正常運(yùn)行的水平；
[0020] ⑤為達(dá)到良好的限流效果，對(duì)兩個(gè)晶閘管IGCT導(dǎo)通角〇，以及投入的電感L1進(jìn)行 參數(shù)選擇；
[0021] ⑥利用仿真手段，模擬出使用此限流方法后的短路電流情況，以驗(yàn)證其限流效 果；
[0022] (5)在短路電流得到限流之后，使用斷路器將發(fā)生短路故障的線(xiàn)路徹底斷開(kāi)，然后 進(jìn)行故障搶修。
[0023] 而且，所述步驟（3)中多路電容器組的路數(shù)η，是根據(jù)系統(tǒng)容量確定的無(wú)功補(bǔ)償需 求具體確定。
[0024] 而且，所述步驟（4)中第⑤步對(duì)兩個(gè)晶閘管IGCT導(dǎo)通角〇，以及投入的電感L1進(jìn) 行參數(shù)選擇的具體方法為；
[0025] a)首先確定限流電抗：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于IGCT半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的短路電流限制方法，其特征在于包括步驟如下： (1) 短路電流發(fā)生的環(huán)境分類(lèi)，即將電網(wǎng)分為無(wú)窮大電源系統(tǒng)和有限電源系統(tǒng)； (2) 無(wú)窮大電源系統(tǒng)和有限電源系統(tǒng)短路電流對(duì)比，得出結(jié)論為：有限電源系統(tǒng)的短 路電流偏移更加明顯，短路電流幅值也較無(wú)窮大電源系統(tǒng)增大； (3) 搭建基于IGCT短路電流限流拓?fù)潆娐?；該電路包括一組并聯(lián)電路及與并聯(lián)電路串 接的電感L2,其中，并聯(lián)電路包括并聯(lián)的ZnO避雷器、固定電容器C0、由開(kāi)關(guān)Sn串聯(lián)電容Cn 構(gòu)成的多路電容器組、及一對(duì)輪流半周導(dǎo)通的晶閘管IGCT1和IGCT2再串聯(lián)旁路電感L1，其 中，并聯(lián)的多路電容器組的等效電容用C表示； (4) 限流過(guò)程的具體確定： ① 正常情況下兩個(gè)晶閘管IGCT器件處于截止?fàn)顟B(tài)，IGCT所在回路無(wú)電流流過(guò)，電流經(jīng) 無(wú)功補(bǔ)償電容器組C和串聯(lián)電感L2流過(guò)； ② 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障，兩個(gè)IGCT器件輪流導(dǎo)通半周電流； ③ IGCT器件導(dǎo)通后，電感L1與電容器組C并聯(lián)運(yùn)行，由于L1電感量與電容器組C的 電容量同步改變，電感L1與電容器組C形成并聯(lián)諧振電抗； ④ 電感L1與電容器組C形成的大電抗電路使發(fā)生短路故障線(xiàn)路中的電抗值由發(fā)生短 路后的接近零值，重新恢復(fù)到未發(fā)生短路故障之前的水平，以確保短路電流下降到接近正 常運(yùn)行的水平； ⑤ 為達(dá)到良好的限流效果，對(duì)兩個(gè)晶閘管IGCT導(dǎo)通角〇，以及投入的電感L1進(jìn)行參數(shù) 選擇； ⑥ 利用仿真手段，模擬出使用此限流方法后的短路電流情況，以驗(yàn)證其限流效果； (5) 在短路電流得到限流之后，使用斷路器將發(fā)生短路故障的線(xiàn)路徹底斷開(kāi)，然后進(jìn)行 故障搶修。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IGCT半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的短路電流限制方法，其特征在 于：所述步驟（3)中多路電容器組的路數(shù)n，是根據(jù)系統(tǒng)容量確定的無(wú)功補(bǔ)償需求具體確 定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IGCT半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的短路電流限制方法，其特征在 于：所述步驟（4)中第⑤步對(duì)兩個(gè)晶閘管IGCT導(dǎo)通角 〇，以及投入的電感L1進(jìn)行參數(shù)選 擇的具體方法為； a) 首先確定限流電抗 其中
b) 確定限流率α : 限流率α (〇〈α〈1):是用系統(tǒng)短路電流乙與限流后的電流込或系統(tǒng)阻抗X與限流阻 抗\按如下定義的：
c) 通過(guò)以上a)，b)兩個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)仿真計(jì)算出短路電流的大小，從而確定限流率的大 小，確定限流率之后，再得到限流阻抗\，從而確定導(dǎo)通角σ和電感LI。
【文檔編號(hào)】H02H9/02GK104124674SQ201410352791
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】陳彬, 盧欣, 劉小琛, 曹頡 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)天津市電力公司