具有故障清除能力的潮流控制器、潮流控制系统及方法

本技术涉及电力电子，具体而言，涉及具有故障清除能力的潮流控制器、潮流控制系统及方法。

背景技术：

1、在直流输配电系统中，由于系统故障阻尼较小，直流故障发生后，故障电流的上升率较快，故障电流大，系统危害性高。为避免系统故障的进一步扩大以及系统部件损坏，在直流系统中，需要快速断路器实现系统故障的快速清除。然而，由于直流系统故障电流无自然过零点，传统机械开关无法实现故障的可靠清除。基于功率半导体的直流系统用断路器成为直流系统中的关键保护部件。同时，由于分布式直流系统中，存在多条并联线路，对于控制自由度不足的直流网网络，容易发生线路过载工况。因此，系统中需要引入潮流控制器，实现直流系统中潮流的控制。

2、目前，直流线路中串联等效电压源方案(如串联电阻、串联变压器以及串联大型换流器)，成为直流系统中潮流控制器的主流方案。

3、但是，现有潮流控制方案大多不具备故障限流能力，即需要通过专门的故障限流器来解决故障线路的限流功能，增加了设计难度和成本。

技术实现思路

1、本技术的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种具有故障清除能力的潮流控制器、潮流控制系统及方法，以便解决现有技术中存在的技术问题。

2、为实现上述目的，本技术实施例采用的技术方案如下：

3、第一方面，本技术实施例提供了一种潮流控制器，包括：能量吸收支路以及多个半桥支路；所述能量吸收支路以及各所述半桥支路中均包括一个或多个功率器件；

4、所述能量吸收支路的第一端、各所述半桥支路的第一端依次与所述潮流控制器的直流母线正极连接，所述能量吸收支路的第二端以及各所述半桥支路的第二端依次与所述潮流控制器的直流母线负极连接；

5、各所述半桥支路的第三端分别用于连接对应的换流器的输出端，各所述半桥支路的第四端用于接入脉冲宽度调制信号或通断信号，所述能量吸收支路的控制端用于接入故障转移信号或能量吸收信号；

6、所述潮流控制器用于在所述脉冲宽度调制信号、所述通断信号、所述故障转移信号或所述能量吸收信号的作用下，触发所述能量吸收支路和/或各所述半桥支路的通断，以在所述潮流控制器中存在故障的半桥支路时，将所述故障的半桥支路中的故障电流转移至所述能量吸收支路，由所述能量吸收支路对所述故障电流进行吸收。

7、可选地，所述半桥支路包括：上半桥与下半桥；

8、所述上半桥的第一端与所述直流母线正极连接，所述上半桥的第二端与对应的换流器的输出端以及所述下半桥的第一端连接，所述下半桥的第二端与所述直流母线负极连接；

9、所述上半桥的第三端与所述下半桥的第三端均用于接入脉冲调制信号或通断信号。

10、可选地，所述上半桥包括：第一开关与第一晶体管；所述下半桥包括：第二晶体管与第二开关；

11、所述第一开关的第一端与所述直流母线正极连接，所述第一开关的第二端与所述第一晶体管的第一端连接，所述第一开关的第三端用于接入所述通断信号；

12、所述第一晶体管的第二端用于接入所述脉冲宽度调制信号或通断信号，所述第一晶体管的第三端分别与对应的换流器的输出端、所述第二晶体管的第一端连接；

13、所述第二晶体管的第二端用于接入所述脉冲宽度调制信号或所述通断信号，所述第二晶体管的第三端与所述第二开关的第一端连接，所述第二开关的第二端与所述直流母线负极连接，所述第二开关的第三端用于接入所述通断信号。

14、可选地，所述半桥支路的数量与所述潮流控制器的端口数量相等。

15、可选地，所述多个半桥支路包括：第一半桥支路、第二半桥支路以及第三半桥支路；

16、所述第一半桥支路接入的第一脉冲宽度调制信号、第二半桥支路接入的第二脉冲宽度调制信号以及第三半桥支路接入的第三脉冲宽度调制信号互不相同。

17、可选地，所述能量吸收支路包括：第三晶体管、第四晶体管、第一能量吸收元器件与第二能量吸收元器件；

18、所述第三晶体管的第一端、所述第一能量吸收元器件的一端与所述直流母线正极连接；

19、所述第一能量吸收元器件的另一端与所述第三晶体管的第二端、所述第二能量吸收元器件的一端、所述第四晶体管的第一端连接；

20、所述第二能量吸收元器件的另一端、所述第四晶体管的第二端与所述直流母线负极连接；

21、所述第三晶体管的第三端与所述第四晶体管的第三端均用于接入所述故障转移信号或能量吸收信号，所述潮流控制器用于在所述故障转移信号或能量吸收信号的作用下，触发所述第三晶体管与所述第四晶体管导通或断开。

22、可选地，所述潮流控制器还包括：电容支路；

23、所述电容支路的第一端与所述直流母线正极连接，所述电容支路的第二端与所述直流母线负极连接，所述电容支路的控制端用于接入切入信号或切出信号，所述潮流控制器用于在切入信号或切出信号的作用下，触发所述电容支路导通或断开。

24、可选地，所述电容支路包括：第三开关、第五晶体管以及第一电容；

25、所述第三开关的第一端与所述直流母线正极连接，所述第三开关的第二端与所述第五晶体管的第一端连接；

26、所述第五晶体管的第三端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述直流母线负极连接；

27、所述第三开关的第三端用于接入所述切入信号或所述切出信号，所述第五晶体管的第二端用于接入所述切入信号或所述切出信号，所述潮流控制器用于在所述切入信号或所述切出信号的作用下，触发所述第三开关与所述第五晶体管导通或断开。

28、第二方面，本技术实施例还提供了一种潮流控制系统，所述潮流控制系统中包括：检测装置、控制装置以及上述第一方面提供的所述的潮流控制器；

29、所述控制装置与所述潮流控制器中能量吸收支路的控制端连接，且与所述潮流控制器中各半桥支路的第四端连接；

30、所述检测装置与各所述半桥支路的第三端连接，用于检测各所述半桥支路输出的直流电流，所述检测装置还与所述潮流控制器的直流母线正极、直流母线负极连接，用于检测所述直流母线正极与所述直流母线负极两端的采样电压；所述检测装置还与所述控制装置连接；

31、所述控制装置用于根据所述检测装置发送的检测信号，向所述潮流控制器发送脉冲调制信号、通断信号、故障转移信号、能量吸收信号，以对所述潮流控制器进行控制。

32、第三方面，本技术实施例提供了一种潮流控制方法，应用于上述第二方面提供的所述的控制装置，所述方法包括：

33、获取检测装置发送的检测信号；

34、根据所述检测信号，确定潮流控制器的运行状态，所述运行状态用于指示所述潮流控制器中是否存在故障的半桥支路；

35、根据所述潮流控制器的运行状态，向所述潮流控制器发送控制信号，所述控制信号包括如下至少一项：脉冲调制信号、通断信号、故障转移信号、能量吸收信号。

36、本技术的有益效果是：

37、本技术实施例提供一种具有故障清除能力的潮流控制器、潮流控制系统及方法，该潮流控制器包括：能量吸收支路以及多个半桥支路；能量吸收支路以及各半桥支路中均包括一个或多个功率器件。其中，能量吸收支路的第一端、各半桥支路的第一端依次与潮流控制器的直流母线正极连接，能量吸收支路的第二端以及各半桥支路的第二端依次与潮流控制器的直流母线负极连接；各半桥支路的第三端分别用于连接对应的换流器的输出端，各半桥支路的第四端用于接入脉冲宽度调制信号或通断信号，能量吸收支路的控制端用于接入故障转移信号或能量吸收信号；潮流控制器用于在脉冲宽度调制信号、通断信号、故障转移信号或能量吸收信号的作用下，触发能量吸收支路和/或各半桥支路的通断，以在潮流控制器中存在故障的半桥支路时，将故障的半桥支路中的故障电流转移至能量吸收支路，由能量吸收支路对故障电流进行吸收。当潮流控制器处于线路故障模式时，即潮流控制器中存在故障的半桥支路，则潮流控制器在接收到外部控制装置发送的故障转移信号、能量吸收信号或通断信号的作用下，触发能量吸收支路以及多个半桥支路的通断，以将故障的半桥支路中的故障电流转移至能量吸收支路，由能量吸收支路对故障电流进行吸收；以及，当潮流控制器处于正常工作模式时，则潮流控制器在接收到外部控制装置发送的脉冲宽度调制信号的作用下，通过各半桥支路的第三端输出调整电流，实现系统的潮流控制。因此，本技术提供的潮流控制器具有拓扑结构简单，开关器件少，无需大功率外部电源，也可以实现多端直流输电系统中潮流的灵活控制与故障清除能力，即本技术提供的潮流控制器同时兼备潮流控制能力和故障清除能力，有效解决了现有潮流控制方案由于不具备故障限流能力，导致需要通过专门的故障限流器来解决故障线路的限流功能，增加了设计难度和成本的问题。