一种可提高线路快速保护可靠性的高阻尼直流电网系统技术方案

本发明专利技术涉及一种可提高线路快速保护可靠性的高阻尼直流电网系统，包括换流站、直流母线、直流输电线路、直流断路器、线路直流电抗器和换流站直流电抗器；在各直流输电线路的两端配置线路直流电抗器；在换流站与直流母线之间配置换流站直流电抗器；根据保护需求，所述换流站直流电抗器可选择性配置。本发明专利技术的技术方案通过在换流站直流出口和直流线路两端配置电抗器，可在降低直流电网故障电流上升率的同时，提升直流线路故障快速检测与定位的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统领域，更具体涉及一种可提高线路快速保护可靠性的高阻尼直流电网系统。
技术介绍
直流电网是由大量直流端以直流形式互联组成的能量传输系统，国际大电网会议(CIGRE)组织对于直流电网的定义是：由多个网状和辐射状联接的变换器组成的直流网络。直流电网中直流线路间可自由连接，互为冗余，并可实现多电源供电、多落点受电，为多种形式的大规模可再生能源发电的广域互联和送出消纳提供高效传输平台，实现了广域大范围内能源资源的互补优化配置、高比例可再生能源电力的可靠接入以及现有电力系统运行稳定性的提升，是解决电网薄弱导致的大规模可再生能源汇集与送出困难问题的有效技术手段，具有广泛应用前景。直流电网与交流电网的显著区别在于其“低阻尼”特性。这种“低阻尼”特性在便于直流电网功率灵活控制与快速转移的同时也带来了一定的问题。主要表现在：1)若直流电网用于风电、光伏等可再生能源并网，可再生发电系统的输出功率的突变或者一端换流站的紧急闭锁，会导致直流电网各线路及端点功率出现大幅功率波动，进而影响到各送端换流站与交流电网功率的稳定交换。2)一旦直流电网发生故障(如双极短路故障)，故障的影响会在几十个毫秒内扩散到整个直流系统；同时，快速上升的过电流或过电压会造成换流阀、直流断路器等设备出现瞬时过应力，影响设备正常运行甚至危机设备安全。3)为了保证系统的持续运行，需要在数个毫秒内实现故障快
速定位、隔离及保护动作，以防止系统崩溃；对于100公里的线路故障，行波保护可在1～2ms内实现故障保护的快速出口，但直流电网线路的增加以及网架结构的复杂化使得行波检测与故障定位的难度大大增加。针对降低换流站功率波动带来的问题，国内外学者大多从控制的角度来予以解决。如通过采用下垂控制或下垂-裕度控制方法，及时调整各换流站功率输出指令来降低和分散功率突变对其他换流站的影响，但由于控制器系统存在一定的响应时间，且受制于换流站输送容量限制，对功率波动的快速抑制效果有限。针对直流电网短路故障及其快速保护的问题，国内外学者提出了多种保护方案，如Open Grid、分区保护等策略；此外，还提出了采用具备故障电流闭锁能力的AC-DC、DC-DC变换器来阻断故障电流在交直流系统、不同直流系统之间的故障电流传递。但上述保护措施仅适用于小规模直流电网，其保护理念并不符合直流电网的发展方向。直流电网线路的保护仍然需要依赖于快速的故障检测与定位，及时触发直流断路器，快速实现故障隔离与系统恢复，这就对保护的快速性、可靠性提出了较高的技术要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可提高线路快速保护可靠性的高阻尼直流电网系统，可在降低直流电网故障电流上升率的同时，提升故障的快速检测与定位的可靠性，为保护的精确动作与系统的快速恢复赢取宝贵时间。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种可提高线路快速保护可靠性的高阻尼直流电网系统，包括换流站、直流母线、直流输电线路、直流断路器、线路直流电抗器和换流站直流电抗器；在各直流输电线路的两端设置线路直流电抗器；所述直流电抗器分散于直流电网中，在换流站与直流母线之间设置换流站直流电抗器；根据保护需求，选择性地将所述换流站直流电抗器配置在所述换流站直流出口处。所述线路电抗器位于直流线路两端的直流断路器的母线侧或直流断路器的线路侧。所述线路直流电抗器和线路直流断路器可为独立设备，也可或集成设置在线路直流断路器内。所述线路直流电抗器可与由电阻、电感、电容组成的调谐元件构成阻波器，进一步阻断直流线路故障时行波在相邻线路之间的折返射。所述直流电网系统同样适用于四端及以上直流电网系统。所述直流电网系统的直流电压等级包括±160kV、±200kV、±320kV、±500kV、±660kV和±800kV等。和最接近的现有技术比，本专利技术提供技术方案具有以下优异效果：本专利技术的可提高线路快速保护可靠性的高阻尼直流电网系统，通过在换流站直流出口和直流线路两端配置电抗器，可在降低直流电网故障电流上升率的同时，提升故障的快速检测与定位的可靠性同时，可以滤除正常工作状态下换流器所产生的谐波分量，改善了直流电流和直流功率的电能质量；增大换流站之间的阻尼，降低功率波动对其他换流站功率传输的影响；且降低直流线路故障时换流站储能单元的放电与交流系统短路电流馈入速率，减小了换流阀、直流断路器的暂态过应力，为故障检测与定位赢取了宝贵时间；其中，线路电抗器自身(或者通过加装并联的由电阻、电感、电容组成的调谐元件)可以阻断直流线路故障时行波在相邻线路之间的折返射，提升了故障检测与定位的快速性和精确性；还可扩展至更大规模的直流电网，不会因
直流电网结构和换流器拓扑的改变而降低其适用性；本方法可用于±160kV、±200kV、±320kV、±500kV、±660kV、±800kV等多种直流电压等级的直流电网。附图说明图1为本专利技术的实施例的直流电网直流电抗器配置示意图。具体实施方式本专利技术可通过在直流电网中配置适当大小的直流电抗器，在不影响直流电网运行特性的同时，适度提高直流电网的系统阻尼。一方面，电抗器的存在增加了直流功率传递的响应时间常数，降低了控制系统对响应速度的要求；另一方面，故障电流的上升率得到抑制，换流器等核心设备的暂态过应力得到缓解。同时，电抗器本身(或者通过加装并联的由电阻、电感、电容组成的调谐元件)能够实现阻波功能，可实现对故障行波的隔离，便于快速故障检测与定位的实现。下面结合实施例对专利技术作进一步的详细说明。实施例1：本专利技术提供了一种可提高线路快速保护可靠性的高阻尼直流电网系统，如图1所示，所述直流电网系统包括换流站#1、#2和#3，与换流站对应的直流母线B1、B2和B3，直流输电线路T12、T13和T23，直流断路器CB1、CB2、CB3、CB12、CB21、CB13、CB31、CB23和CB32，换流站直流电抗器L1、L2和L3，线路直流电抗器L12、L21、L13、L31、L32和L23，以及若干台隔离开关；所述直流输电线路L12分别与直流母线B1和B2连接；所述直流输电线路L12分别与直流母线B1和B2连接；所述直流输电线路
L13分别与直流母线B1和B3连接；所述直流输电线路L23分别与直流母线B2和B3连接。在每条直流线路的两端配置直流电抗器(L12、L21、L13、L31、L32和L23)；根据保护需求，选择性地在换流站直流出口配置直流电抗器(L1、L2和L3)。线路直流电抗器(L12、L21、L13、L31、L32和L23)与线路直流断路器(CB12、CB21、CB13、CB31、CB23和CB32)既可以彼此为独立设备，也可集成在直流断路器(CB12、CB21、CB13、CB31、CB23和CB32)内部，电抗器既可布置在断路器的线路侧，也可布置在断路器的母线。所述直流电网系统中设有的直流电抗器的配置方案，可以滤除换流器所产生的谐波分量，改善换流站正常运行时直流电流的直流功率的电能质量；增大换流站之间的系统阻尼，降低功率波动的影响范围；减小直流线路故障时换流站储能单元的放电与交流系统短路电流馈入速率；阻断直流线路故障时行波在相邻线路之间的折返射。特别说明的是如果没有换流站直流电抗器(L1、L2和L3)或线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可提高线路快速保护可靠性的高阻尼直流电网系统，包括换流站、直流母线、直流输电线路、直流断路器、线路直流电抗器和换流站直流电抗器；其特征在于：在各直流输电线路的两端配置线路直流电抗器；在换流站与直流母线之间配置换流站直流电抗器；根据保护需求，选择性地将所述换流站直流电抗器配置在所述换流站直流出口处。

【技术特征摘要】
1.一种可提高线路快速保护可靠性的高阻尼直流电网系统，包括换流站、直流母线、直流输电线路、直流断路器、线路直流电抗器和换流站直流电抗器；其特征在于：在各直流输电线路的两端配置线路直流电抗器；在换流站与直流母线之间配置换流站直流电抗器；根据保护需求，选择性地将所述换流站直流电抗器配置在所述换流站直流出口处。2.如权利要求1所述的一种可提高线路快速保护可靠性的高阻尼直流电网系统，其特征在于：在换流站与直流母线之间配置换流站直流电抗器；根据保护需求，在各直流线路的两端配置线路直流电抗器。3.如权利要求1或2所述的一种可提高线路快速保护可靠性的高阻尼直流电网系统，其特征在于：所述线路直流电抗器和线路直流断路器为独立设备或集成在线路直流断路器内。4.如权利要求1或...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱宇峰，董新洲，贺之渊，孔明，吴亚楠，庞辉，杨杰，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院，清华大学，国网安徽省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京;11