一种直流故障限流装置和系统及其限流控制方法

1.一种直流故障限流装置，其特征在于：所述直流故障限流装置为两端口网络，包含第一端口和第二端口，由第一功率半导体器件、第二功率半导体器件、直流电容、限流电抗器、辅助开关电路、第一旁路开关和限流电阻组成；其中，辅助开关电路同样为两端口网络，包含一个前级端口和一个后级端口；两个功率半导体开关器件串联构成一个半桥电路：其中，第一功率半导体器件构成半桥电路的上桥臂，第二功率半导体器件构成半桥电路的下桥臂；该半桥电路与直流电容并联后，构成直流故障限流装置的第一端口；第一旁路开关与限流电阻并联构成一个限流单元，所述限流单元的第一端连接半桥电路的中点，限流单元的第二端与半桥电路的负端连接辅助开关电路的前级端口；辅助开关电路的后级端口串联限流电抗器后构成直流故障限流装置的第二端口；所述直流故障限流装置的第一端口连接需要故障限流功能的直流网络，第二端口连接直流故障处。 2.根据权利要求1所述的一种直流故障限流装置，其特征在于：所述辅助开关电路包含两个直流开关和一个旁路开关，分别为正极直流开关、负极直流开关和第二旁路开关；正极直流开关连接在辅助开关电路前级端口和后级端口的正极之间，负极直流开关连接在辅助开关电路前级端口和后级端口的负极之间；第二旁路开关的两端连接辅助开关电路后级端口的正负极之间；所述正极直流开关和负极直流开关同时开关；直流开关为隔离开关或断路器。 3.根据权利要求1所述的一种直流故障限流装置，其特征在于：直流故障限流装置还包含一个限流控制器，控制第一功率半导体器件和第二功率半导体器件的开断。 4.根据权利要求1至3任一项所述的一种直流故障限流装置，其特征在于：所述第一功率半导体器件和第二功率半导体器件均为带有反并联二极管的全控型开关器件。 5.根据权利要求4所述的一种直流故障限流装置，其特征在于：第一功率半导体器件和第二功率半导体器件的开断，由两路信号互补的驱动脉冲控制。 6.根据权利要求1至2任一项所述的一种直流故障限流装置，其特征在于：所述第一功率半导体器件为带有反并联二极管的全控型开关器件，第二功率半导体器件为不控型开关器件。 7.根据权利要求6所述的一种直流故障限流装置，其特征在于：第一功率半导体器件开断由一路单独的驱动脉冲控制。 8.如权利要求1至5任一项所述直流故障限流装置的控制方法，其特征在于：当装置启动时，包括如下步骤：步骤1：分开第一旁路开关；步骤2：直流故障限流装置的第一端口直流电源启动；步骤3：控制第一功率半导体器件导通；步骤4：闭合辅助开关电路的正极直流开关和负极直流开关，断开辅助开关电路的第二旁路开关；步骤5：待直流故障限流装置的第二端口电压稳定后，闭合第一旁路开关。 9.如权利要求8所述直流故障限流装置的控制方法，其特征在于：直流故障限流装置的第一正常工作状态如下实现：步骤1：闭合第一旁路开关，闭合辅助开关电路的正极直流开关和负极直流开关，断开辅助开关电路的第二旁路开关；步骤2：控制第一功率半导体器件为常闭状态，第二功率半导体器件为常开状态。 10.如权利要求8所述直流故障限流装置的控制方法，其特征在于：直流故障限流装置的第二正常工作状态如下实现：步骤1：闭合第一旁路开关，闭合辅助开关电路的正极直流开关和负极直流开关，断开辅助开关电路的第二旁路开关；步骤2：检测直流故障限流装置第二端口的电压；步骤3：当偏离给定电压超过预设定范围时，通过限流控制器控制第一功率半导体器件和第二功率半导体器件开通关断，将第二直流母线的电压调节到给定电压值。 11.如权利要求9至10任一项所述直流故障限流装置的控制方法，其特征在于：当直流故障限流装置的第二端口发生短路故障时：步骤1：检测限流电抗器所在支路的电流，发生故障时该电流即为故障电流；步骤2：限流控制器根据所检测电流与第一电流定值比较，若所检测故障电流超过第一电流定值时，则调节第一功率半导体器件和第二功率半导体器件的开断，将故障电流大小限制在第一电流定值附近；步骤3：限流控制器根据所检测电流与第二电流定值比较，若所检测故障电流进一步超过第二电流定值，则断开第一旁路开关，投入电阻，同时继续调节第一功率半导体器件和第二功率半导体器件的开断，调节故障电流返回第一电流定值附近；步骤4：判断故障点位置，等待下级开关或装置的直流开关切除故障；步骤5：如故障切除后，所检测故障电流恢复正常，等待一定时间后，装置恢复正常运行；若短路期间，断开了第一旁路开关，则闭合第一旁路开关；步骤6：如在上述步骤中，所检测故障电流超过第三电流定值或故障电流持续时间超过预设时间定值，则闭锁第一功率半导体器件和第二功率半导体器件，断开辅助开关电路的正极直流开关和负极直流开关。 12.如权利要求11所述的一种直流故障限流装置的控制方法，其特征在于：所述第一电流定值小于第二电流定值，第二电流定值小于第三电流定值。 13.一种直流故障限流系统，其特征在于：所述直流故障限流系统，采用N个如权利要求1至5任一项所述的直流故障限流装置构成，N为大于等于2的正整数；所有直流故障限流装置的第一端口连接需要故障限流功能的直流网络，所有直流故障限流装置的第二端口并联，连接直流故障处；定义该直流故障限流系统为P型直流故障限流系统。 14.如权利要求13所述的直流故障限流系统的控制方法，其特征在于：当直流故障限流系统的某个直流故障限流装置前级所连接直流网络发生故障时，在P型直流故障限流系统中：步骤1：同时闭锁该直流故障限流装置的第一功率半导体器件和第二功率半导体器件；步骤2：断开辅助开关电路的所有隔离开关，将直流故障限流装置的两侧端口故障隔离。 15.一种直流故障限流系统，其特征在于：所述直流故障限流系统，采用N个如权利要求1至5任一项所述的直流故障限流装置构成，N为大于等于2的正整数；所有直流故障限流装置的第一端口连接需要故障限流功能的直流网络，所有直流故障限流装置的第二端口依次串联后，连接直流故障处；定义该直流故障限流系统为S型直流故障限流系统。 16.如权利要求15所述的一种直流故障限流系统的控制方法，其特征在于：当直流故障限流系统的某个直流故障限流装置前级所连接直流网络发生故障时，在S型直流故障限流系统中：步骤1：同时闭锁该直流故障限流装置的第一功率半导体器件和第二功率半导体器件；步骤2：断开辅助开关电路的正极直流开关和负极直流开关，同时闭合辅助开关电路的旁路开关，将直流故障限流装置的两侧端口故障隔离。 17.一种直流故障限流系统，其特征在于：包括P型直流故障限流系统和S型直流故障限流系统；所述P型直流故障限流系统采用N个如权利要求1至5任一项所述的直流故障限流装置构成，N为大于等于2的正整数；所有直流故障限流装置的第二端口并联；所述S型直流故障限流系统，采用N个如权利要求1至5任一项所述的直流故障限流装置构成，N为大于等于2的正整数；所有直流故障限流装置的第二端口依次串联；ISOP型结构的直流变压器包含N个隔离型DCDC变换器；将所有隔离型DCDC变换器的高压侧端口连接S型直流故障限流系统所有直流故障限流装置的第一端口，将所有隔离型DCDC变换器的低压侧端口连接P型直流故障限流系统所有直流故障限流装置的第一端口，P型直流故障限流系统和S型直流故障限流系统的另一端口分别连接LVDC直流系统和HVDC直流系统。 18.如权利要求17所述的一种直流故障限流系统的控制方法，其特征在于：当某一个隔离型DCDC变换器发生故障时，将P型直流故障限流系统对应直流故障限流装置中的辅助开关电路的所有开关断开，将S型直流故障限流系统对应直流故障限流装置中的辅助开关电路的正极直流开关和负极直流开关断开、辅助开关电路的旁路开关闭合，将故障的隔离型DCDC变换器从直流变压器中隔离，使其实现故障冗余功能。