固態(tài)故障電流限制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種電流控制裝置，且特別是有關(guān)于一種故障電流限制裝置和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]故障電流限制器(FCL)用以提供保護(hù)，防止(例如)在輸電網(wǎng)絡(luò)和配電網(wǎng)路中的電流浪涌。在過去幾十年中已經(jīng)研發(fā)了各種類型的FCL，包含超導(dǎo)故障電流限制器(SCFCL)、電感故障電流限制器以及在所屬領(lǐng)域中所熟知的其它種類。實(shí)施FCL的供電系統(tǒng)可以包含用以為各種工業(yè)、商業(yè)和/或住宅電力負(fù)載發(fā)電并送電的發(fā)電、輸電以及配電網(wǎng)路。
[0003]故障電流是可能由系統(tǒng)中的故障(例如，短路)引起的電力系統(tǒng)中的異常電流。由于任何數(shù)目個事件或故障，例如電源線或其它系統(tǒng)元件被惡劣的天氣(例如，閃電)破壞，可能在系統(tǒng)中出現(xiàn)故障電流。當(dāng)出現(xiàn)此類故障時，在電路中可能暫態(tài)呈現(xiàn)大的負(fù)載。作為回應(yīng)，網(wǎng)路向負(fù)載輸送大量電流(即，故障電流)。此電流的浪涌是不需要的，因?yàn)殡娏鞯睦擞靠赡芷茐氖?例如)網(wǎng)路自身或連接到網(wǎng)路上的設(shè)備的負(fù)載。FCL裝置存在的問題是其成本、復(fù)雜度以及大小。正是關(guān)于這些以及其它考量，提供進(jìn)行本發(fā)明的改良。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]提供此概述，以簡化形式引入下文在【具體實(shí)施方式】中進(jìn)一步描述的概念選擇。此概述并不意圖確定所主張的標(biāo)的物的關(guān)鍵特征或基本特征，也不意圖被用作輔助確定所主張的標(biāo)的物的范圍。
[0005]本發(fā)明提供一種固態(tài)故障電流限制器，所述固態(tài)故障電流限制器包含電流分離電抗器，所述電流分離電抗器包括系統(tǒng)電流輸入端、無源電流輸出端以及控制電流輸出端。電壓控制電抗器包括第一端部以及第二端部，第一端部耦合到控制電流輸出端上并且第二端部耦合到無源電流輸出端上。故障電流觸發(fā)電路與電壓控制電抗器并聯(lián)耦合，并且經(jīng)配置以在由系統(tǒng)電流輸入端接收的故障電流超出預(yù)定觸發(fā)電流時斷開。瞬態(tài)電壓控制電路與電壓控制電抗器并聯(lián)耦合以接收故障電流。
[0006]在一個實(shí)施例中，提供固態(tài)故障電流限制器，所述固態(tài)故障電流限制器具有系統(tǒng)電流輸入端、無源電流輸出端以及控制電流輸出端。電壓控制電抗器包括第一端部以及第二端部，第一端部耦合到控制電流輸出端上并且第二端部耦合到無源電流輸出端上。故障電流觸發(fā)電路與電壓控制電抗器并聯(lián)耦合，并且經(jīng)配置以在由系統(tǒng)電流輸入端接收的故障電流超出預(yù)定觸發(fā)電流時斷開。瞬態(tài)電壓控制電路與電壓控制電抗器并聯(lián)耦合以接收故障電流。
[0007]在一個實(shí)施例中，提供固態(tài)故障電流限制器系統(tǒng)，所述固態(tài)故障電流限制器系統(tǒng)具有電流分離裝置，所述電流分離裝置包括繞芯卷繞的第一導(dǎo)電繞組和第二導(dǎo)電繞組，其中第一導(dǎo)電繞組經(jīng)配置以在故障條件期間承載通過第一繞組以及第二繞組二者的故障電流；電壓控制電抗器，所述電壓控制電抗器耦合到電流分離裝置上；瞬態(tài)電壓控制電路，所述瞬態(tài)電壓控制電路與電壓控制電抗器并聯(lián)耦合；以及固態(tài)故障觸發(fā)電路，所述固態(tài)故障觸發(fā)電路與電壓控制電抗器并聯(lián)耦合。固態(tài)故障觸發(fā)電路經(jīng)配置以在行進(jìn)穿過第二繞組的故障電流高于預(yù)定閾值電流時斷開，并且電壓控制電抗器以及瞬態(tài)過電壓控制經(jīng)配置以在固態(tài)故障觸發(fā)電路斷開時接收第二導(dǎo)電繞阻產(chǎn)生的故障電流。
[0008]在一個實(shí)施例中，提供固態(tài)故障電流限制器系統(tǒng)，所述固態(tài)故障電流限制器系統(tǒng)具有電流分離裝置，所述電流分離裝置包括繞芯卷繞的第一導(dǎo)電繞組和第二導(dǎo)電繞組。第一導(dǎo)電繞組經(jīng)配置以在故障條件期間承載通過第一繞組以及第二繞組二者的故障電流。多個串聯(lián)連接的電壓控制電抗器和故障觸發(fā)電路模組可以耦合到電流分離裝置上，其中多個串聯(lián)連接的電壓控制電抗器和故障觸發(fā)電路模組中的每一者包含與故障觸發(fā)電路并聯(lián)連接的電壓控制電抗器。
【附圖說明】
[0009]為了便于更全面地理解本發(fā)明，現(xiàn)在參考附圖，其中相同的元件用相同的標(biāo)號來參考。這些附圖不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明，而是既定僅為示例性的。
[0010]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在輸電或配電系統(tǒng)中的故障電流限制器(FCL)的應(yīng)用。
[0011]圖2A是在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的輸電系統(tǒng)中使用的FCL電路。
[0012]圖2B是在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的輸電系統(tǒng)中使用的FCL電路。
[0013]圖2C圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有繞芯卷繞的第一繞組和第二繞組的FCL電路。
[0014]圖3A圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用電磁開關(guān)或保險(xiǎn)絲的故障電流感測開關(guān)(FCSS)0
[0015]圖3B圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用IGBT以及二極體的FCSS。
[0016]圖3C圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用IGCT以及二極體的FCSS。
[0017]圖3D圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用IGBT以及二極體的FCSS。
[0018]圖4圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用串聯(lián)連接的電壓控制電抗器(VCR)以及故障觸發(fā)電路(FTC)模組的FCL。
[0019]圖5圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用串聯(lián)連接的FTC模組的FCL。
[0020]圖6圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的使用串聯(lián)連接的FCL模組的模組化FCL。
[0021]圖7圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的不包含電流分離電抗器的FCL電路。
[0022]圖8圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在閃光電弧保護(hù)中使用的不包含電流分離電抗器或電壓控制電抗器的FCL電路。
[0023]圖9圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在變壓器的中性點(diǎn)接地中使用以限制相對地(phase-to-ground)故障的具有電壓控制電抗器的FCL電路。
[0024]圖10圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在需要抑制接地故障電流的情況下在變壓器的中性點(diǎn)接地中使用以限制相對地(phase-to-ground)故障的具有電壓控制電抗器的FCL電路。
[0025]圖11圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)故障電流限制器系統(tǒng)的操作方法。
【具體實(shí)施方式】
[0026]現(xiàn)將在下文中參考附圖更全面地描述本發(fā)明的各實(shí)施例，附圖中示出了一些實(shí)施例。本發(fā)明的標(biāo)的物可以以許多不同形式體現(xiàn)并且不應(yīng)被解釋為限于本文所闡述的實(shí)施例。提供這些實(shí)施例是為了使得本發(fā)明將是透徹并且完整的，并且這些實(shí)施例將把標(biāo)的物的范圍完整地傳達(dá)給所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員。在圖式中，相同標(biāo)號始終代表相同元件。
[0027]實(shí)施例提供了使用電流分離耦合電抗器設(shè)計(jì)的固態(tài)故障電流限制器(“SSFCL”)。有利地是，與機(jī)械操作的故障電流限制器相比，SSFCL能快速跳閘并且隔離短路故障。SSFCL能夠使正弦故障電流的第一周期峰值(例如，對于60Hz電源，第一峰值為約4ms到1ms)減少至少25%到75%。圖1到圖12圖示了在任何電路(例如，輸電、配電以及發(fā)電網(wǎng)路)中限制短路故障電流的SSFCL的基本操作原理。
[0028]圖1圖示了可以在輸電和配電系統(tǒng)中實(shí)施的包含固態(tài)故障電流限制器(SSFCL)200的示例性故障電流限制器系統(tǒng)1000。電源1I通過接口電路103以及電路斷路器1 5供電，接口電路103具有包括有功分量Rs和無功分量Xs的復(fù)阻抗Zs。輸電線106導(dǎo)向具有變電站的接口 107，變電站具有經(jīng)配置以將傳輸線電壓步進(jìn)到與負(fù)載121、123相容的電壓的變壓器109。變壓器109的輸出端可以耦合到電路斷路器111和SSFCL 200上。SSFCL 200可以通過電路斷路器115和匹配電路117、119耦合到負(fù)載121、123上?？梢栽O(shè)置其它負(fù)載和匹配電路。短路故障125可能存在，并且若存在，將通過本文所描述的各種實(shí)施例的操作來隔離。
[0029]圖2A到10圖示了可用作圖1中示出的SSFCL200的故障電流限制器的各種實(shí)施例。具體來說，圖2A圖示了包含電流分離電抗器(CSR)202以及與故障電流觸發(fā)(FTC)電路210并聯(lián)的電壓控制電抗器(VCR)208的SSFCL 200。短暫地轉(zhuǎn)向圖2A，CSR 202包含圍繞磁芯203的第一導(dǎo)電繞組204和第二導(dǎo)電繞組206。第二導(dǎo)電繞組206可以是反繞的或者在交錯布置中卷繞的，并且每一個導(dǎo)電繞組，例如第一導(dǎo)電繞組204和第二導(dǎo)電繞組206，可以具有相等的匝數(shù)。優(yōu)選地，根據(jù)CSR 202中增大的通量級(見圖2A)，在SSFCL 200中的CSR 202的磁芯203可以對應(yīng)于具有可預(yù)測的磁特性的高磁導(dǎo)率材料。CSR 202包含可以經(jīng)配置以在穩(wěn)態(tài)操作期間呈現(xiàn)最小阻抗并且在故障條件期間呈現(xiàn)相對較大阻抗以有效限制故障電流的第一導(dǎo)電繞組204和第二導(dǎo)電繞組206。
[0030]圖2B圖示了包含電流分離電抗器(CSR)202以及故障電流觸發(fā)(FTC)電路210的SSFCL 200。在圖2B中，所使用的電流分離電抗器(CSR)202不具有VCR 208(見圖2A)。短暫地轉(zhuǎn)向圖2B，CSR 202包含圍繞磁芯203的第一導(dǎo)電繞組204和第二導(dǎo)電繞組206。第二導(dǎo)電繞組206可以是反繞的或者在交錯布置中卷繞的，并且繞組中的每一者，例如第一導(dǎo)電繞組204和第二導(dǎo)電繞組206，可以具有相等的匝數(shù)。優(yōu)選地，根據(jù)CSR 202中增大的通量級，在SSFCL 200中的CSR 202的磁芯203可以對應(yīng)于具有可預(yù)測的磁特性的高磁導(dǎo)率材料。CSR202包含可以經(jīng)配置以在穩(wěn)態(tài)操作期間呈現(xiàn)最小阻抗并且在故障條件期間呈現(xiàn)