一种含直流断路器的柔性直流输电系统自适应重合闸方法技术方案

本发明专利技术公开了一种含直流断路器的柔性直流输电系统自适应重合闸方法，包括在发生直流故障且直流断路器动作后，经过预设延时保证故障线路去游离；在直流断路器的主动配合下，换流器通过主动控制将电压信号注入到故障线路，检测反射电压的极性，若反射电压的极性与电压信号的极性相同，判定故障为瞬时性故障，对故障线路进行重合闸操作；若反射电压的极性与电压信号的极性相反，判定故障为永久性故障，不重合直流断路器，进行故障定位。本发明专利技术提供的自适应重合闸方法通过判断故障性质控制断路器是否进行重合闸，从而防止断路器重合闸于永久性故障而对系统造成的二次冲击，反射电压的极性可以明显区分所有的故障类型，可靠性高。

An Adaptive Reclosure Method for Flexible HVDC System with DC Circuit Breakers

【技术实现步骤摘要】
一种含直流断路器的柔性直流输电系统自适应重合闸方法
本专利技术属于柔性直流输电领域，更具体地，涉及一种含直流断路器的柔性直流输电系统自适应重合闸方法。
技术介绍
基于MMC(Modularmultilevelconverter)，模块化多电平换流器)的直流输电技术凭借其模块化结构、谐波含量低、自启动、功率解耦控制、开关损耗低等特点，在新能源发电、异步互联、城市电网增容、向无源系统供电、连接弱交流电网等方面有着广阔的应用场景。考虑到输电距离、电压等级以及成本问题，柔直系统常采用架空线路进行大规模功率传输。架空线路工作环境恶劣，故障发生概率高；同时故障电流上升速度快、幅值大，给换流站和系统的安全运行造成危害，因此需在线路上安装DCCB(DirectCurrentCircuitBreaker，直流断路器)来进行故障隔离。架空线故障大多数是瞬时性故障，因此故障隔离后，应快速进行系统重启，以恢复系统的供电，从而提高系统的可靠性。目前工程上常采用自动重合闸方案进行故障重启。该方法的最大问题在于不能判断故障性质，一旦重合于永久性故障，将会对系统和换流站造成二次危害，且二次分闸进一步增加了直流断路器的开断容量需求。以中国的张北工程为例，无论是混合式直流断路器还是机械式直流断路器，二次分闸需要的开断容量高达100余MJ，高于故障隔离期的一次分闸。这给断路器避雷器配置以及拓扑的设计带来了更大的挑战。为提高重合闸的成功率以及系统的安全性，将在断路器合闸之前，进行故障性质的判断。若判断结果为瞬时性故障，则断路器应立刻进行合闸；若判断结果为永久性故障，则需进行故障测距，安排维修工作。这种通过预先判断故障性质的重合闸方法称为“自适应重合闸”。针对交流系统的自适应重合闸研究，存在一系列成熟的方案。与交流系统相比，直流线路不存在线路换位、分支等因素的影响，因此健全极线路与故障极线路的耦合作用较小。这一特点使得交流系统的自适应重合闸方案不能很好地应用于直流系统中。基于以上考虑，不少学者提出了适用于直流系统的自适应重合闸方案。例如可以利用正负极直流电压的差异性实现永久性故障的辨识。然而该方法反映高阻故障能力差。为提高对高阻故障的灵敏性，还可以通过将换流站运行于不控整流模式来进行故障性质的判断，进而实现系统的重启。然而运行模式的改变将会使得操作复杂化，并带来稳定性问题。另外还有人提出了主动式自适应重合闸方案，该方案采用级联的断路器主动电压信号的方法，实现故障性质的判别。这种电压信号的故障识别方案，具有较高的可靠性与安全性，且无需添加额外的设备与投资。然而，该方案所采用的断路器拓扑是级联型断路器，具有局限性，仅适用于含级联型高压直流断路器的系统。综上所述，为提高系统的可靠性与换流站安全性，需对故障隔离后的直流系统进行自适应重合闸。而自适应重合闸的关键问题在于对故障性质进行判断。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种含直流断路器的柔性直流输电系统自适应重合闸方法，旨在解决现有自适应重合闸方案可靠性不高的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种含直流断路器的柔性直流输电系统自适应重合闸方法，包括：(1)在发生直流故障且直流断路器动作后，经过预设延时保证故障线路去游离；(2)在直流断路器的主动配合下，换流器通过主动控制将电压信号注入到所述故障线路，检测反射电压的极性，若反射电压的极性与所述电压信号的极性相同，判定故障为瞬时性故障，对故障线路进行重合闸操作；若反射电压的极性与所述电压信号的极性相反，判定故障为永久性故障，不重合直流断路器，进行故障定位。本专利技术提供的柔性直流输电系统自适应重合闸方法在故障线路去游离后，对故障性质的判别，从而防止断路器重合闸于永久性故障而造成的二次冲击，降低柔性直流输电网络对直流断路器开断容量的要求，提高柔性直流输电系统的安全性和供电可靠性。优选地，直流断路器包括主支路、换流支路和耗能支路，换流支路作为电压信号注入故障线路的通道。优选地，直流断路器包括ABB混合式直流断路器、耦合型机械直流断路器、负压耦合型机械直流断路器、级联全桥子模块混合型直流断路器。优选地，电压信号由所述换流器在双闭环矢量控制的基础上通过引入比例系数控制信号幅度得到，用于故障性质的判断。优选地，电压信号注入期间，直流断路器开通预设时间，使得电压信号能够进入到故障线路上，预设时间决定了电压信号的宽度。优选地，电压信号的幅值和宽度的选取应满足特定的要求。其中幅值的选取要考虑对换流器、断路器以及信号检测的影响，宽度的选取应考虑采样频率、开关器件的投切频率等。电压信号的幅值为2％Vdcn～15％Vdcn，其中，Vdcn为柔性直流输电系统正常运行时的额定电压。电压信号的宽度为100μs。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：1、本专利技术提供的柔性直流输电系统自适应重合闸方法在故障线路去游离后，通过判断故障性质控制断路器是否进行重合闸，从而防止断路器重合闸于永久性故障而对系统造成的二次冲击，其中故障性质通过反射电压的极性判断，无论故障电阻是否很高，只要是不同性质的故障，反射电压的极性可以很明显的区分，因此可以识别所有的故障类型，并且反映高阻故障的能力很强，即对故障判断的可靠性高；2、本专利技术通过换流器的主动控制实现故障线路电压信号的注入，对断路器拓扑和故障性质的依赖较低，具有较高的普适性。附图说明图1是本专利技术实施例提供的柔性直流输电系统的拓扑图；图2是本专利技术实施例提供的混合式高压直流断路器的结构示意图；图3是本专利技术提供的含直流断路器的柔性直流输电系统自适应重合闸方法的流程示意图；图4是本专利技术实施例提供的换流器主动控制框图；图5是本专利技术实施例提供的混合式高压直流断路器主动配合的示意图；图6是本专利技术实施例提供的电压信号在永久性故障下的反射电压极性示意图；图7是本专利技术实施例提供的电压信号在瞬时性故障下的反射电压极性示意图；图8是本专利技术实施例提供的瞬时性故障下线路侧直流电压检测波形示意图；图9是本专利技术实施例提供的永久性故障下线路侧直流电压检测波形示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1为本专利技术实施例采用的一种柔性直流输电系统拓扑。其子模块采用半桥型结构，且线路两侧安装有开断速度快、通态损耗小的混合式高压直流断路器。为限制故障电流的大小，在线路两侧安装限流电抗器，其大小为0.1H。该系统为对称双极系统，架空线路(overheadline，OHL)采用频率依赖模型。其中，MMC1站采用定直流电压控制，MMC2站采用定有功功率控制。图2为本专利技术提供的一种混合式高压直流断路器的结构示意图。对于混合式高压直流断路器，正常运行时，直流电流流过通流支路，以降低主断路器的通态损耗。直流故障发生后，直流故障电流逐渐换流至主断路器支路。当通流支路电流降为零时，快速隔离开关在零电流情况下断开，耗时2ms左右。随后主断路器中的IGBT关断，故障电流转移至耗能支路，由避雷器消耗故障能量。合闸时，由于主断路器支路通态电阻大，先导通主断路器支路以减小合闸瞬间电流。随后，闭合快速隔离开关和辅助断路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含直流断路器的柔性直流输电系统自适应重合闸方法，其特征在于，包括：(1)在发生直流故障且直流断路器动作后，经过预设延时保证故障线路去游离；(2)在所述直流断路器的主动配合下，换流器通过主动控制将电压信号注入到所述故障线路，检测反射电压的极性，若反射电压的极性与所述电压信号的极性相同，判定故障为瞬时性故障，对故障线路进行重合闸操作；若反射电压的极性与所述电压信号的极性相反，判定故障为永久性故障，不重合直流断路器，进行故障定位。

【技术特征摘要】
1.一种含直流断路器的柔性直流输电系统自适应重合闸方法，其特征在于，包括：(1)在发生直流故障且直流断路器动作后，经过预设延时保证故障线路去游离；(2)在所述直流断路器的主动配合下，换流器通过主动控制将电压信号注入到所述故障线路，检测反射电压的极性，若反射电压的极性与所述电压信号的极性相同，判定故障为瞬时性故障，对故障线路进行重合闸操作；若反射电压的极性与所述电压信号的极性相反，判定故障为永久性故障，不重合直流断路器，进行故障定位。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直流断路器包括主支路、换流支路和耗能支路，所述换流支路作为所述电压信号注入所述故障线路的通道。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述直流断路器包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：文劲宇，杨赛昭，向往，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42