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CN110994567A - 一种直流电网故障电流控制器 - Google Patents

一种直流电网故障电流控制器 Download PDF

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CN110994567A
CN110994567A CN201911256301.XA CN201911256301A CN110994567A CN 110994567 A CN110994567 A CN 110994567A CN 201911256301 A CN201911256301 A CN 201911256301A CN 110994567 A CN110994567 A CN 110994567A
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China
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张宸宇
袁宇波
史明明
袁晓冬
葛雪峰
缪惠宇
吕振华
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State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种直流电网故障电流控制器，包括一次电路和控制器；一次电路包括电感、滤波电容、电阻、IGBT开关、二极管、接触器和电流霍尔传感器；电感、第一电阻和第二接触器串联形成串联电路；串联电路与第一接触器并联；第二电阻和第一二极管串联形成第一支路；第三电阻和第二二极管串联形成第二支路；第一支路、第二支路均与电感并联；滤波电容和IGBT开关均与第一电阻并联；电流霍尔传感器设置在串联电路上；所述的控制器控制一次电路中的IGBT开关和2个接触器的不同启闭组合，使一次电路形成不同的工作模式。本发明可以实现直流电网故障保护，避免了临时性馈线故障不会导致直流电网主电源闭锁而引起整个直流配电网停电故障。

Description

一种直流电网故障电流控制器
技术领域
本发明涉及一种直流电网故障电流控制器，特别是涉及一种低压配电网中馈线故障下保护直流电源不立刻闭锁的控制器，属于低压直流配电网新型拓扑及控制技术领域。
背景技术
当直流配电网中某个直流负荷出现故障时，负荷馈线开关尚未分开直流电源会检测到故障电流立刻(us级)闭锁，导致整个直流配电网停电，其他负荷也会被迫停电。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种直流电网故障电流控制器，能实现直流电网故障保护，避免了临时性馈线故障不会导致直流电网主电源闭锁而引起整个直流配电网停电故障。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种直流电网故障电流控制器，包括一次电路和控制器；
所述的一次电路包括电感、滤波电容、电阻、IGBT开关、二极管、接触器和电流霍尔传感器；
其中，电感、第一电阻和第二接触器串联形成串联电路；串联电路与第一接触器并联；
第二电阻和第一二极管串联形成第一支路；
第三电阻和第二二极管串联形成第二支路；
第一支路、第二支路均与电感并联；滤波电容和IGBT开关均与第一电阻并联；
电流霍尔传感器设置在串联电路上；
所述的控制器控制一次电路中的IGBT开关和2个接触器的不同启闭组合，使一次电路形成不同的工作模式。
进一步地，所述工作模式包括：
模式1：正常运行工况；
模式2：瞬时故障工况；
模式3：永久故障工况；
模式4：旁路停机工况。
进一步地，一次电路具有两个端口，通过两个端口串联在直流电网中需要保护的线路中。
进一步地，所述控制器控制IGBT开关闭合、第二接触器闭合、第一接触器K1断开时，一次电路处于正常运行工况。
进一步地，所述控制器控制IGBT开关断开、第二接触器闭合、第一接触器断开时，一次电路处于瞬时故障工况。
进一步地，所述控制器控制IGBT开关断开、第二接触器断开、第一接触器断开时，一次电路处于永久故障工况。
进一步地，所述控制器控制IGBT开关断开、第二接触器断开、第一接触器闭合时，一次电路处于旁路停机工况。
进一步地，所述电流霍尔传感器设置在串联电路中的第二接触器旁边，用于测量第二接触器流过的电流。
进一步地，工作模式包括：
模式1时， IGBT开关闭合、第二接触器闭合、第一接触器K1断开，一次电路处于正常运行工况；
模式2时， IGBT开关断开、第二接触器闭合、第一接触器断开，一次电路处于瞬时故障工况；
模式3时， IGBT开关断开、第二接触器断开、第一接触器断开时，一次电路处于永久故障工况；
模式4时，IGBT开关断开、第二接触器断开、第一接触器闭合时，一次电路处于旁路停机工况；
保护阈值设置为第一阈值I1、第二阈值I2且I1<I2；
自检直流电网故障电流控制器设备自身是否存在故障，故障时工作在模式4；
当直流配电网正常运行时，一次电路工作在模式1；
当连续采样3个点大于第一阈值I1，或者采样到1个大于第二阈值I2的点时，一次电路的IGBT开关断开，认为线路发生故障，进入模式2；
当模式2状态时间超过第一设定时间段或者在连续的第二设定时间段内两次进入模式2后，第二接触器K断开，认为是永久性故障，进入模式3。
模式4是旁路工况，设备正常情况下不会使用。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明提供的电流电网直流故障电流控制器，直流故障电流控制器检测到故障电流时可以和直流电源配合保护策略从而限制线路电流值，保护直流电源，等待故障馈线断开后再恢复正常运行模式，避免了临时性馈线故障不会导致直流电网主电源闭锁而引起整个直流配电网停电故障。
上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1为本发明一种直流电网故障电流控制器拓扑结构示意图；
图2为本发明一种直流电网故障电流控制器接入直流配电网典型方式；
图3为一次电路在模式1正常运行工况；
图4为一次电路在模式2瞬时故障工况；
图5为一次电路在模式3永久故障工况；
图6为一次电路在模式4旁路停机工况。
图7为本发明的控制器控制逻辑框图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
本发明通过在直流电网中加入直流故障电流控制器，直流故障电流控制器检测到故障电流时可以和直流电源配合保护策略从而限制线路电流值，保护直流电源，等待故障馈线断开后再恢复正常运行模式。
本发明的直流电网故障电流控制器，工作环境为直流配电网，包括一次电路和控制器；
所述的一次电路如图1所示，包括1个电感L，1个滤波电容C，3个电阻R、R1、R2，1个IGBT开关VT，2个二极管V1、V2，2个接触器K1、K2和1个电流霍尔传感器S；其中电阻R1和二极管V1串联后形成第一串联支路，电阻R2和二极管V2串联形成第二串联支路，第一串联支路、第二串联支路与电感L相互并联，滤波电容C和电阻R和IGBT开关VT并联，再将电感L和电阻R和接触器K2串联，再整体并联上接触器K1，其中电流霍尔传感器测量接触器K2流过的电流。
一次电路具有两个端口D1、D2，串联在直流电网中需要保护的线路中，如图2所示。
所述的控制器可以控制一次电路中的IGBT开关和2个接触器的不同启闭组合，使一次电路工作在不同的四种工作模式下，直流故障电流控制器四种工作模式分别是：
模式1：正常运行工况，如图3所示；
模式2：瞬时故障工况，如图4所示；
模式3：永久故障工况，如图5所示；
模式4：旁路停机工况，如图6所示。
所述的正常运行工况，如图3所示，IGBT开关VT闭合，接触器K2闭合，接触器K1断开。
所述的瞬时故障工况，如图4所示，IGBT开关VT断开，接触器K2闭合，接触器K1断开。
所述的永久故障工况，如图5所示，IGBT开关VT断开，接触器K2断开，接触器K1断开。
所述的旁路停机工况，如图6所示， IGBT开关VT断开，接触器K2断开，接触器K1闭合。
所述的控制器控制逻辑如图7所示，保护阈值设置为I1、I2（I1<I2），采样率设置为f，直流电网故障电流控制器自检设备是否存在故障，故障时工作在模式4，当直流配电网正常运行时一次电路工作在模式1，连续采样3个点大于I1，或者采样到1个大于I2的点，认为线路发生故障，一次电路的VT分闸工作在模式2，当模式2状态时间超过3s或者连续3s内两次进入模式2后，认为是永久性故障，K2分闸进入模式3。模式4是旁路工况，设备正常情况下不会使用。
本发明的创新点在于，本发明提供的电流电网直流故障电流控制器，直流故障电流控制器检测到故障电流时可以和直流电源配合保护策略从而限制线路电流值，保护直流电源，等待故障馈线断开后再恢复正常运行模式，避免了临时性馈线故障不会导致直流电网主电源闭锁而引起整个直流配电网停电故障。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种直流电网故障电流控制器，其特征在于：包括一次电路和控制器；
所述的一次电路包括电感、滤波电容、电阻、IGBT开关、二极管、接触器和电流霍尔传感器；
其中，电感、第一电阻和第二接触器串联形成串联电路；串联电路与第一接触器并联；
第二电阻和第一二极管串联形成第一支路；
第三电阻和第二二极管串联形成第二支路；
第一支路、第二支路均与电感并联；滤波电容和IGBT开关均与第一电阻并联；
电流霍尔传感器设置在串联电路上；
所述的控制器控制一次电路中的IGBT开关和2个接触器的不同启闭组合，使一次电路形成不同的工作模式。
2.根据权利要求1所述的直流电网故障电流控制器，其特征在于：所述工作模式包括：
模式1：正常运行工况；
模式2：瞬时故障工况；
模式3：永久故障工况；
模式4：旁路停机工况。
3.根据权利要求1所述的直流电网故障电流控制器，其特征在于：一次电路具有两个端口，通过两个端口串联在直流电网中需要保护的线路中。
4.根据权利要求1所述的直流电网故障电流控制器，其特征在于：所述控制器控制IGBT开关闭合、第二接触器闭合、第一接触器K1断开时，一次电路处于正常运行工况。
5.根据权利要求1所述的直流电网故障电流控制器，其特征在于：所述控制器控制IGBT开关断开、第二接触器闭合、第一接触器断开时，一次电路处于瞬时故障工况。
6.根据权利要求1所述的直流电网故障电流控制器，其特征在于：所述控制器控制IGBT开关断开、第二接触器断开、第一接触器断开时，一次电路处于永久故障工况。
7.根据权利要求1所述的直流电网故障电流控制器，其特征在于：所述控制器控制IGBT开关断开、第二接触器断开、第一接触器闭合时，一次电路处于旁路停机工况。
8.根据权利要求1所述的直流电网故障电流控制器，其特征在于：所述电流霍尔传感器设置在串联电路中的第二接触器旁边，用于测量第二接触器流过的电流。
9.根据权利要求1所述的直流电网故障电流控制器，其特征在于：工作模式包括：
模式1时， IGBT开关闭合、第二接触器闭合、第一接触器K1断开，一次电路处于正常运行工况；
模式2时， IGBT开关断开、第二接触器闭合、第一接触器断开，一次电路处于瞬时故障工况；
模式3时， IGBT开关断开、第二接触器断开、第一接触器断开时，一次电路处于永久故障工况；
模式4时，IGBT开关断开、第二接触器断开、第一接触器闭合时，一次电路处于旁路停机工况；
保护阈值设置为第一阈值I1、第二阈值I2且I1<I2；
自检设备自身是否存在故障，故障时工作在模式4；
当直流配电网正常运行时，一次电路工作在模式1；
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