本發(fā)明涉及電力傳輸技術領域，具體而言，涉及一種直流限流電路、一種直流限流裝置和一種直流輸電系統(tǒng)。

背景技術：

目前，直流電網技術已經成為當前智能電網技術發(fā)展的重要方向。傳統(tǒng)點對點的直流輸電系統(tǒng)可以擴展為直流電網，其中柔性直流輸電網是主要的發(fā)展方向，具備電網穩(wěn)定、可靠的諸多特性，同時也為分布式能源的大規(guī)模接入提供了便利。

目前的直流輸電系統(tǒng)絕大多數(shù)為點對點傳輸，多端傳輸寥寥無幾，主要原因就是不能在直流輸電系統(tǒng)故障時采取很好的應對措施。在相關技術中，直流限流電路中具有橋式結構來對直流輸電系統(tǒng)的電流進行限制，但是橋式結構中有4個半導體開關組成，成本比較大，不利于直流限流裝置的廣泛使用。

因此，如何降低直流限流電路的成本成為亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術或相關技術中存在的技術問題之一。

為此，本發(fā)明的一個目的在于提出了一種直流限流電路。

本發(fā)明的另一個目的在于提出了一種直流限流裝置。

本發(fā)明的又一個目的在于提出了一種直流輸電系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述至少一個目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面的實施例，提出了一種直流限流電路，包括：并聯(lián)連接的第一半導體開關和第二半導體開關，所述第一半導體開關的一端和所述第二半導體開關的一端相連；第一電抗器和第二電抗器，所述第一電抗器的同名端連接至所述第一半導體開關的另一端，所述第二電抗器的異名端連接至所述第二半導體開關的另一端，所述第一電抗器的異名端和所述第二電抗器的同名端相連；第三半導體開關，所述第三半導體開關的一端連接至所述第一半導體開關的一端，所述第三半導體開關的另一端連接至所述第一電抗器的異名端；旁路開關，并聯(lián)連接至所述第三半導體開關的兩端。

在該技術方案中，通過兩個并聯(lián)的半導體開關就可對電流進行限制，避免了使用相關技術中的橋式結構的4個半導體開關，從而大大降低了直流限流電路的成本，從而有利于直流限流電路的廣泛使用。另外，由于第一半導體開關和第二半導體開關在電抗器的同名端和異名端串聯(lián)，因此，電抗器的鐵芯中的磁通是交變的，鐵芯不會像直流那樣產生偏磁飽和，因此本方案中的電抗器的鐵芯容易工程制造。

在上述技術方案中，優(yōu)選地，當所述直流限流電路所在的直流輸電系統(tǒng)發(fā)生故障時，向所述第三半導體開關發(fā)送導通信號，以觸發(fā)所述第三半導體開關導通，并將所述旁路開關打開；在所述第三半導體開關導通的預設時間后向所述第三半導體開關發(fā)送關斷信號，以觸發(fā)所述第三半導體開關關斷，并交替向所述第一半導體開關和所述第二半導體開關發(fā)送導通信號，以使所述第一半導體開關和所述第二半導體開關交替導通。

在該技術方案中，當直流限流電路所在的直流輸電系統(tǒng)正常工作時，旁路開關閉合，直流電流通過旁路開關流通，其他部分則被旁路掉，可以有效地降低了直流輸電系統(tǒng)在運行時的損耗。當直流輸電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，第一半導體開關和第二半導體開關交替導通，第一半導體開關和第二半導體開關分別對應的電抗器也交替工作，從而有效地限制了直流輸電系統(tǒng)中短路電流的增加。

在上述任一技術方案中，優(yōu)選地，所述第一半導體開關和所述第二半導體開關分別包括一個或多個半導體。

在該技術方案中，第一半導體開關和第二半導體開關分別包括一個或多個半導體，從而保證了直流限流電路工作時的可靠性和穩(wěn)定性。

在上述任一技術方案中，優(yōu)選地，所述第一半導體開關中的半導體的數(shù)量和所述第二半導體開關中的半導體的數(shù)量相同。

在該技術方案中，第一半導體開關和第二半導體開關中的半導體的數(shù)量相同，從而在直流輸電系統(tǒng)在發(fā)生故障時，保證了直流限流電路工作的穩(wěn)定性。

在上述任一技術方案中，優(yōu)選地，在所述第一半導體開關包括多個半導體的情況下，所述第一半導體開關為多個串聯(lián)的半導體；以及在所述第二半導體開關包括多個半導體的情況下，所述第二半導體開關為多個串聯(lián)的半導體。

在該技術方案中，通過將多個半導體首尾串聯(lián)形成的電路作為第一半導體開關和第二半導體開關，從而保證了直流限流電路的可靠性。

在上述任一技術方案中，優(yōu)選地，所述第一半導體開關中的半導體數(shù)量是根據(jù)所述直流限流電路所在的直流輸電系統(tǒng)的直流電壓值和所述第一半導體開關中的半導體的耐壓等級確定；以及所述第二半導體開關中的半導體數(shù)量是根據(jù)所述直流限流電路所在的直流輸電系統(tǒng)的直流電壓值和所述第二半導體開關中的半導體的耐壓等級確定。

在該技術方案中，根據(jù)直流輸電系統(tǒng)中的直流電壓值和半導體的耐壓等級確定第一半導體開關和第二半導體開關中的半導體數(shù)量，從而保證了直流輸電系統(tǒng)的可靠運行。

在上述任一技術方案中，優(yōu)選地，所述第一電抗器和所述第二電抗器為耦合電抗器。

在該技術方案中，第一電抗器和第二電抗器為耦合電抗器，有效地降低了直流限流電路的成本。而且由于耦合電抗器存在互感，使得直流限流電路具有良好的技術性能。

在上述任一技術方案中，優(yōu)選地，所述第一電抗器和所述第二電抗器的電抗值相同。

在上述任一技術方案中，優(yōu)選地，所述旁路開關為開斷時間小于預設閾值的機械開關。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面的實施例，提出了一種直流限流裝置，包括上述技術方案中任一項所述的直流限流電路，因此，該直流限流裝置具有和上述技術方案中任一項所述的直流限流電路相同的技術效果，在此不再贅述。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面的實施例，提出了一種直流輸電系統(tǒng)，包括上述技術方案中任一項所述的直流限流裝置，因此，該直流輸電系統(tǒng)具有和上述技術方案中任一項所述的直流限流裝置相同的技術效果，在此不再贅述。

通過本發(fā)明的技術方案，不僅可以降低直流限流電路的成本，還提高了直流限流電路的技術性能。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的直流限流電路的結構示意圖；

圖2示出了本發(fā)明的實施例的直流限流電路的工作時序圖；

圖3A至圖3D示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的直流輸電系統(tǒng)的工作原理示意圖。

其中，圖1至圖3中附圖的標記與部件名稱之間的對應關系為：

100直流限流電路，102第一半導體開關，104第二半導體開關，106第一電抗器，108第二電抗器，110第三半導體開關，112旁路開關。

具體實施方式

為了可以更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行進一步的詳細描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本發(fā)明的保護范圍并不受下面公開的具體實施例的限制。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的第一方面的實施例，提出了一種直流限流電路100，包括：并聯(lián)連接的第一半導體開關102和第二半導體開關104，所述第一半導體開關102的一端和所述第二半導體開關104的一端相連；第一電抗器106和第二電抗器108，所述第一電抗器106的同名端連接至所述第一半導體開關102的另一端，所述第二電抗器108的異名端連接至所述第二半導體開關104的另一端，所述第一電抗器106的異名端和所述第二電抗器108的同名端相連；第三半導體開關110，所述第三半導體開關110的一端連接至所述第一半導體開關102的一端，所述第三半導體開關110的另一端連接至所述第一電抗器106的異名端；旁路開關112，并聯(lián)連接至所述第三半導體開關110的兩端。

在該技術方案中，通過兩個并聯(lián)的半導體開關就可對電流進行限制，避免了使用相關技術中的橋式結構的4個半導體開關，從而大大降低了直流限流電路100的成本，從而有利于直流限流電路100的廣泛使用。另外，由于第一半導體開關102和第二半導體開關104在電抗器的同名端和異名端串聯(lián)，因此，電抗器的鐵芯中的磁通是交變的，鐵芯不會像直流那樣產生偏磁飽和，因此本方案中的電抗器的鐵芯容易工程制造。

在上述技術方案中，優(yōu)選地，當所述直流限流電路100所在的直流輸電系統(tǒng)發(fā)生故障時，向所述第三半導體開關110發(fā)送導通信號，以觸發(fā)所述第三半導體開關110導通，并將所述旁路開關112打開；在所述第三半導體開關導通的預設時間后向所述第三半導體開關110發(fā)送關斷信號，以觸發(fā)所述第三半導體開關110關斷，并交替向所述第一半導體開關102和所述第二半導體開關104發(fā)送導通信號，以使所述第一半導體開關102和所述第二半導體開關104交替導通。

在該技術方案中，當直流限流電路100所在的直流輸電系統(tǒng)正常工作時，旁路開關112閉合，直流電流通過旁路開關112流通，其他部分則被旁路掉，可以有效地降低了直流輸電系統(tǒng)在運行時的損耗。當直流輸電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，第一半導體開關102和第二半導體開關104交替導通，第一半導體開關102和第二半導體開關104分別對應的電抗器也交替工作，從而有效地限制了直流輸電系統(tǒng)中短路電流的增加。

具體地，通過自然換流技術，觸發(fā)第三半導體開關110導通，并向旁路開關112發(fā)送斷開指令，將旁路開關112斷開，以將直流輸電系統(tǒng)中的電流從旁路開關112換流到第三半導體開關110中。隨后，關斷第三半導體開關110，同時觸發(fā)第一半導體開關102導通，然后觸發(fā)第一半導體開關102關斷，在觸發(fā)第一半導體開關102關斷的同時，觸發(fā)第二半導體開關104導通，然后觸發(fā)第二半導體開關104關斷，在觸發(fā)第二半導體開關104關斷的同時，觸發(fā)第一半導體開關102導通，以此類推，以使第一半導體開關102和第二半導體開關104交替導通。

在上述任一技術方案中，優(yōu)選地，如圖1所示，所述第一半導體開關102和所述第二半導體開關104分別包括一個或多個半導體。

在該技術方案中，第一半導體開關102和第二半導體開關104分別包括一個或多個半導體，從而保證了直流限流電路100工作時的可靠性和穩(wěn)定性。半導體可以為IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)。

在上述任一技術方案中，優(yōu)選地，所述第一半導體開關102中的半導體的數(shù)量和所述第二半導體開關104中的半導體的數(shù)量相同。

在該技術方案中，第一半導體開關102中的半導體的數(shù)量和第二半導體開關104中的半導體的數(shù)量相同，從而在直流輸電系統(tǒng)在發(fā)生故障時，保證了直流限流電路100工作的穩(wěn)定性。

在上述任一技術方案中，優(yōu)選地，在所述第一半導體開關102包括多個半導體的情況下，所述第一半導體開關102為多個串聯(lián)的半導體；以及在所述第二半導體開關104包括多個半導體的情況下，所述第二半導體開關104為多個串聯(lián)的半導體。

在該技術方案中，通過將多個半導體首尾串聯(lián)形成的電路作為第一半導體開關102和第二半導體開關104，從而保證了直流限流電路100的可靠性。

例如，將多個半導體的發(fā)射極和集電極依次串聯(lián)形成的電路作為第一半導體開關102，通過同時向半導體的基極發(fā)生導通信號，以觸發(fā)多個半導體同時導通，從而實現(xiàn)了第一半導體開關102的導通。

在上述任一技術方案中，優(yōu)選地，所述第一半導體開關102中的半導體數(shù)量是根據(jù)所述直流限流電路100所在的直流輸電系統(tǒng)的直流電壓值和所述第一半導體開關102中的半導體的耐壓等級確定；以及所述第二半導體開關104中的半導體數(shù)量是根據(jù)所述直流限流電路100所在的直流輸電系統(tǒng)的直流電壓值和所述第二半導體開關104中的半導體的耐壓等級確定。

在該技術方案中，根據(jù)直流輸電系統(tǒng)中的直流電壓值和半導體的耐壓等級確定第一半導體開關102和第二半導體開關104中的半導體數(shù)量，從而保證了直流輸電系統(tǒng)的可靠運行。

在上述任一技術方案中，優(yōu)選地，所述第一電抗器106和所述第二電抗器108為耦合電抗器。

在該技術方案中，第一電抗器106和第二電抗器108為耦合電抗器，有效地降低了直流限流電路100的成本。而且由于耦合電抗器存在互感，使得直流限流電路100具有良好的技術性能。

在上述任一技術方案中，優(yōu)選地，所述第一電抗器106和所述第二電抗器108的電抗值相同。

在上述任一技術方案中，優(yōu)選地，所述旁路開關112為開斷時間小于預設閾值的機械開關。例如，預設閾值為12毫秒，即旁路開關112是一種快速機械開關。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面的實施例，提出了一種直流限流裝置，包括上述技術方案中任一項所述的直流限流電路100，因此，該直流限流裝置具有和上述技術方案中任一項所述的直流限流電路100相同的技術效果，在此不再贅述。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面的實施例，提出了一種直流輸電系統(tǒng)，包括上述技術方案中任一項所述的直流限流裝置，因此，該直流輸電系統(tǒng)具有和上述技術方案中任一項所述的直流限流裝置相同的技術效果，在此不再贅述。

下面結合圖2及圖3A至圖3D進一步地說明書上述技術方案。

在本實施例中，直流輸電系統(tǒng)中包括有直流限流裝置、電壓U、電阻R和電感L0。圖2的時序圖中包括：對旁路開關112進行控制的信號的時序圖S1、對第三半導體開關110進行控制的信號的時序圖S2、對第一半導體開關102進行控制的信號的時序圖S3和對第二半導體開關104進行控制的信號的時序圖S4，圖2的I_R表示的是直流輸電系統(tǒng)中的直流電流的變化情況。圖3A至圖3D中的箭頭指的是電流在直流輸電系統(tǒng)中的流向。

圖2中的時序1對應圖3A，如圖3A所示，當直流輸電系統(tǒng)在正常運行時，旁路開關112閉合，第一半導體開關102、第二半導體開關104和第三半導體開關110均打開，在直流輸電系統(tǒng)中的電流為I₀，直流電流通過旁路開關112流通，其他部分則被旁路而退出運行。

當直流輸電系統(tǒng)發(fā)生故障時(如直流輸電系統(tǒng)中的負荷被短路)，進入圖2中的時序2，圖2中的時序2對應圖3B，如圖3B所示，向第三半導體開關110發(fā)生導通信號，以迅速觸發(fā)第三半導體開關110導通，采用自然換流技術，將電流從旁路開關112換流到第三半導體開關110中，同時旁路開關112打開而退出運行，此時在直流輸電系統(tǒng)中的電流為I₁。

T₀時間(T₀取決于半導體和控制半導體的控制器的速度以及直流限流電路的反應時間)完成換流后，將第三半導體開關110關斷，并交替觸發(fā)第一半導體開關102和第二半導體開關104，即交替進入了圖2中的時序3和時序4，時序3和時序4采用相等的控制時間T。

圖2中的時序3對應圖3C，如圖3C所示，向第三半導體開關110發(fā)生關斷信號，以觸發(fā)第三半導體開關110關斷，同時向第一半導體開關102發(fā)生導通信號，以觸發(fā)第一半導體開關102導通，使得電流流經第一半導體開關102和其串聯(lián)的第一電抗器106，此時在直流輸電系統(tǒng)中的電流為I₂。

圖2中的時序4對應圖3D，如圖3D所示，向第一半導體開關102發(fā)生關斷信號，以觸發(fā)第一半導體開關102關斷，同時向第二半導體開關104發(fā)生導通信號，以觸發(fā)第二半導體開關104導通，使得電流流經第二半導體開關104和其串聯(lián)的第二電抗器108，此時在直流輸電系統(tǒng)中的電流為I₃。

隨后電流的流向在圖3C和圖3D之間交替，即圖2中的時序3和時序4交替出現(xiàn)。從圖2中可以看出，電流I₁的上升斜率是非常高的，這是因為此時第一電抗器和第二電抗器還沒有投入工作；而由于第一電抗器和第二電抗器的切入，電流I₂和I₃的上升斜率則已經顯著降低；此外因為第一電抗器和第二電抗器之間互感的存在，每次時序3和時序4的切換，都會導致電流的初始值顯著的降低，從而限制短路電流的增加。

以上結合附圖詳細說明了本發(fā)明的技術方案，通過本發(fā)明的技術方案，不僅可以降低直流限流電路的成本，還提高了直流限流電路的技術性能。

在本發(fā)明中，術語“第一”、“第二”僅用于描述的目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性；術語“多個”表示兩個或兩個以上；術語“相連”、“連接”等均應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。