混合式直流断路器的辅助电路、多端柔性直流电网故障性质识别方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种混合式直流断路器的辅助电路、多端柔性直流电网故障性质识别方法及系统，所述辅助电路添加在混合式直流断路器转移支路靠近架空线路侧的Nc个IGBT子模块上；所述辅助电路包括：晶闸管、电阻Rg以及快速机械开关，所述晶闸管分别串联在架空线路与第一个IGBT子模块缓冲电路的缓冲电容负极之间以及相邻两个IGBT子模块缓冲电路的缓冲电容之间，第Nc个IGBT子模块缓冲电路的缓冲电容正极依次串联电阻和快速机械开关后接地；其中，Nc为设定值。利用混合式直流断路器辅助电路实现特征信号的注入从而识别瞬时性以及永久性故障，并且可以实现永久性故障的故障测距。

【技术实现步骤摘要】
混合式直流断路器的辅助电路、多端柔性直流电网故障性质识别方法及系统
本专利技术涉及柔性直流电网线路故障恢复
，尤其涉及混合式直流断路器的辅助电路、多端柔性直流电网故障性质识别方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。随着直流断路器的发展以及现代电网对于运行灵活性的要求，基于架空线路的多端柔性直流电网在大型清洁能源发电并网、大容量输电方面优势突出，是交流电网的重要补充，目前在建的张北工程便是通过架空线路输电的四端柔性直流电网。专利技术人发现，相比于直流电缆，架空线由于暴露在空气中因此故障概率较高。据统计，电力系统中的大部分故障均发生在架空线。目前柔性直流系统的故障隔离方法主要为基于交流断路器，故障自清除换流器以及直流断路器的方法。基于直流断路器的故障隔离方案被认为是处理多端直流电网直流线路故障的最佳方案，而混合式直流断路器是目前工程应用较为成熟的拓扑，张北工程所采用的直流断路器便是500kV混合式直流断路器。由于架空线故障大多为瞬时性故障，因此在交流系统中交流架空线一般要配置重合闸技术，利用故障后经短暂延时再重合交流断路器的方法可以实现瞬时性故障的清除，缩短了供电恢复时间，极大的提高了供电可靠性。据统计，交流系统中架空线重合闸重合成功的概率为60％～90％，并且随着电压等级的提高，重合成功率也大幅增加。因此，重合闸技术可以极大地提高交流系统对于线路故障的应对能力，并且该技术可同样的应用于通过架空线输电的柔性直流电网。但是，重合闸技术也存在一定的缺点。由于断路器重合时可能重合于永久性故障，此时会导致电力系统在较短的时间内连续遭受两次故障冲击，会降低电气设备绝缘、减少其使用寿命。对于柔性直流电网来说，由于柔性直流电网的低阻抗特性以及电力电子器件的脆弱性，连续遭受故障冲击带来的危害要远大于交流系统。因此，为避免重合于永久性故障，为直流断路器是否进行重合提供依据，研究适用于柔性直流电网的故障性质识别方法具有重要意义。目前交流系统主要利用故障切除相与健全相之间由于耦合作用而产生的恢复电压进行瞬时性与永久性故障的识别。由于柔性直流电网故障切除后极线之间并无耦合关系，因此该方法对于柔性直流系统不适用。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种混合式直流断路器的辅助电路、多端柔性直流电网故障性质识别方法及系统，通过混合式直流断路器辅助电路向直流线路注入特征信号从而实现直流线路故障性质判别。通过在混合式直流断路器中增加辅助电路，利用混合式直流断路器切断故障电流后IGBT子模块缓冲电容中储存的能量实现故障性质判别，硬件附加成本小，控制简单，并且具有永久性故障测距功能。对提高直流架空线路的供电可靠性和避免重合于永久性故障导致的二次冲击具有重要意义。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：在一个或多个实施方式中公开的一种混合式直流断路器的辅助电路，所述辅助电路添加在混合式直流断路器转移支路靠近架空线路侧的Nc个IGBT子模块上；所述辅助电路包括：晶闸管、电阻Rg以及快速机械开关，所述晶闸管分别串联在架空线路与第一个IGBT子模块缓冲电路的缓冲电容负极之间以及相邻两个IGBT子模块缓冲电路的缓冲电容之间，第Nc个IGBT子模块缓冲电路的缓冲电容正极依次串联电阻和快速机械开关后接地；其中，Nc为设定值。进一步地，所述Nc取为转移支路IGBT子模块总数N的10％-20％。在一个或多个实施方式中公开的一种配置混合式直流断路器的多端柔性直流电网故障性质识别系统，包括上述的混合式直流断路器的辅助电路，将储存在换流支路IGBT子模块缓冲电路的缓冲电容中的能量作为特征信号注入源，检测直流线路的故障性质。在一个或多个实施方式中公开的一种配置混合式直流断路器的多端柔性直流电网故障性质识别方法，其特征在于，该方法基于上述的辅助电路，具体包括：混合式直流断路器切除故障电流后，经过设定时间的故障点电弧去游离时间，为辅助电路中所有的晶闸管施加触发信号，闭合辅助电路中的快速机械开关；实时采集混合式直流断路器线路侧的电流数据；对采集到的电流数据进行小波变换，计算第一尺度小波变换模极大值；对得到的小波变换模极大值进行数据有效性检验，记录第一个以及第二个满足数据有效性条件的小波变换模极大值的符号和采样时刻；建立故障性质识别判据，利用计算得到的小波变换模极大值符号进行瞬时性故障与永久性故障的识别。进一步地，如果识别为瞬时性故障，则打开辅助电路中的快速机械开关并去除晶闸管的触发信号，混合式直流断路器进行重合闸；如果识别为永久性故障，则打开辅助电路中的快速机械开关并去除晶闸管的触发信号，混合式直流断路器不再进行重合。进一步地，根据获得的第一个以及第二个满足数据有效性条件的小波变换模极大值采样时刻计算故障距离。进一步地，所述满足数据有效性条件的小波变换模极大值具体为：设定整定值WTMMset，取小波变换模极大值的绝对值大于所述整定值的数据为满足数据有效性条件的小波变换模极大值；其中，整定值WTMMset根据噪声所能引起的小波变换模极大值的最大值确定。进一步地，建立故障性质识别判据，具体为：定义第一尺度满足数据有效性条件的第一个以及第二个小波变换模极大值为WTMMf、WTMMs，若满足：WTMMf·WTMMs＞0；则判定为永久性故障，否则判定为瞬时性故障。在一个或多个实施方式中公开的一种配置混合式直流断路器的多端柔性直流电网故障性质识别系统，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的配置混合式直流断路器的多端柔性直流电网故障性质识别方法。在一个或多个实施方式中公开的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行上述的配置混合式直流断路器的多端柔性直流电网故障性质识别方法。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)利用混合式直流断路器辅助电路实现特征信号的注入从而识别瞬时性以及永久性故障，并且可以实现永久性故障的故障测距；(2)在各种故障初始条件下可靠、快速地识别瞬时性以及永久性故障，过渡电阻、故障位置、故障类型等因素对故障性质识别结果几乎没有影响，可靠性、灵敏性高；(3)故障性质识别方法通过电流反射波的极性进行识别，具有绝对的选择性；(4)识别方法原理简单、清楚，识别准确，易于工程实现，辅助电路附加成本小，且永久性故障测距的精度可通过提高采样率实现，具有较高的实用价值。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示例性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为实施例一中混合式直流断路器结构示意图；图2为实施例一中二极管全桥式IGBT子模块结构示意图；图3为实施例一中IGBT子模块缓冲电容充放电路径示意图；图4(a)-(b)分别为实施例一中混合式直流断路器暂态各支路电流和电压波形；图5(a)-(b)分别为实施例一中混合式直流断路器第一次以及第二次换流过程暂态电流波形；图6为实施例一中混合式直流断路器辅助电路结构示意图；图7为实施例二中Nc个IGBT子模块缓冲电容放电路径示意图；图8为实施例二中Nc个IGBT子模块缓冲电容放电过程等效电路；图9为实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合式直流断路器的辅助电路，其特征在于，所述辅助电路添加在混合式直流断路器转移支路靠近架空线路侧的Nc个IGBT子模块上；所述辅助电路包括：晶闸管、电阻Rg以及快速机械开关，所述晶闸管分别串联在架空线路与第一个IGBT子模块缓冲电路的缓冲电容负极之间以及相邻两个IGBT子模块缓冲电路的缓冲电容之间，第Nc个IGBT子模块缓冲电路的缓冲电容正极依次串联电阻和快速机械开关后接地；其中，Nc为设定值。

【技术特征摘要】
2018.12.24 CN 20181158166311.一种混合式直流断路器的辅助电路，其特征在于，所述辅助电路添加在混合式直流断路器转移支路靠近架空线路侧的Nc个IGBT子模块上；所述辅助电路包括：晶闸管、电阻Rg以及快速机械开关，所述晶闸管分别串联在架空线路与第一个IGBT子模块缓冲电路的缓冲电容负极之间以及相邻两个IGBT子模块缓冲电路的缓冲电容之间，第Nc个IGBT子模块缓冲电路的缓冲电容正极依次串联电阻和快速机械开关后接地；其中，Nc为设定值。2.如权利要求1所述的一种混合式直流断路器的辅助电路，其特征在于，所述Nc取为转移支路IGBT子模块总数N的10％-20％。3.一种配置混合式直流断路器的多端柔性直流电网故障性质识别系统，其特征在于，包括权利要求1-2任一项所述的混合式直流断路器的辅助电路，将储存在换流支路IGBT子模块缓冲电路的缓冲电容中的能量作为特征信号注入源，检测直流线路的故障性质。4.一种配置混合式直流断路器的多端柔性直流电网故障性质识别方法，其特征在于，该方法基于权利要求1-2任一项所述的辅助电路，具体包括：混合式直流断路器切除故障电流后，经过设定时间的故障点电弧去游离时间，为辅助电路中所有的晶闸管施加触发信号，闭合辅助电路中的快速机械开关；实时采集混合式直流断路器线路侧的电流数据；对采集到的电流数据进行小波变换，计算第一尺度小波变换模极大值；对得到的小波变换模极大值进行数据有效性检验，记录第一个以及第二个满足数据有效性条件的小波变换模极大值的符号和采样时刻；建立故障性质识别判据，利用计算得到的小波变换模极大值符号进行瞬时性故障与永久性故障的识别。5.如权利要求4所述的一种配置混合式直流断路器...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹贵彬，张烁，魏秀燕，黄强，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37