[發明專利]高壓大容量架空線柔性直流系統故障快速清除及恢復方法

在審

• 申請號: 201711353100.2
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN107979077A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 陽岳希;楊杰;江偉;許韋華;杜鎮宇;張慧瑜;涂莉;黃道姍;江守其;辛業春
• 申請（專利權）人: 全球能源互聯網研究院有限公司;國網福建省電力有限公司電力科學研究院;國家電網公司;東北電力大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02H3/06
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司22100
• 代理人: 王怡敏

技術領域

本發明涉及柔性直流輸電系統故障保護領域，特別涉及一種高壓大容量架空線柔性直流系統故障快速清除及恢復方法。

背景技術

近年來，我國能源開發加速向西部和北部轉移，能源基地與負荷中心的距離越來越遠，遠距離大容量輸電成為我國電網發展的根本動力。柔性直流輸電可有效提高清潔能源發電的并網效率，緩解電壓波動對電網造成的沖擊，是大規模清潔能源基地接入電網的有效技術手段。當應用于遠距離大容量輸電場合，出于線路建設的經濟性考慮，換流站間的連接將采用架空線路。相對于目前主要使用的直流電纜，架空線路的直流故障發生率較高，因此換流站自身(或依托其他保護設備)應當具備直流故障清除能力。在架空線路發生直流故障后，閉鎖MMC同時跳開換流站交流出口側的機械開關是一種簡單而可行的故障清除策略，目前國內已投運的柔直工程均實際采用該策略進行直流故障清除。機械開關跳開后，換流站接地極、半橋子模塊反并聯二極管、直流線路、故障點和大地仍然共同構成一條故障電流的LR放電回路。由于架空線路直流電阻一般較小，電流衰減緩慢，從而導致直流故障的清除時間較長，不利于系統恢復。隨著柔性直流輸電系統架空線的推廣應用，其系統直流故障清除及快速恢復是亟待解決的技術難題。

對于采用架空線路的柔性直流輸電系統，其送受端距離較遠，通信時間相對較長，故障清除過程中送受端換流站不宜進行站間通信，而應當以換流站為基本單元進行控制。因此，有必要開展相關的研究，尋求一種可以減少直流故障清除時間，快速恢復正常運行的有效方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高壓大容量架空線柔性直流系統故障快速清除及恢復方法，解決了現有技術存在的上述問題。通過分析架空線柔性直流輸電系統直流故障的傳播機理、直流阻尼電路的配置方案及換流站閉鎖且交流機械開關跳開后故障電流的衰減特性，基于附加的直流阻尼電路，給出了架空線柔性直流輸電系統直流故障的快速恢復方法。相比于傳統方法，本發明方法可以有效減小故障電流的上升速度，降低交流機械開關的跳開難度，且在機械開關成功跳開瞬間，故障電流的峰值相對較小，衰減所需時間相對較短，可快速恢復到正常穩定運行狀態，提高了架空線柔性直流輸電系統的安全可靠性。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

高壓大容量架空線柔性直流系統故障快速清除及恢復方法，基于已投運柔直工程直流故障清除方法，即直流故障后，閉鎖MMC同時跳開換流站交流出口側的機械開關，通過附加直流阻尼電路，加快了故障電流的衰減速度；具體步驟如下：

(1)分析直流故障傳播機理，并確定直流阻尼電路的配置方案；

(2)分析直流阻尼電阻加快故障電流的衰減機理，并確定阻尼電阻的參數；

(3)各換流站檢測判斷系統是否發生直流故障，是則順序執行步驟(4)，否則繼續進行檢測；

(4)閉鎖MMC，跳開交流側機械開關，并投入直流阻尼電阻；

(5)故障電流低于直流側隔離開關動作整定值后，跳開直流側隔離開關，以實現故障點和換流站間的電氣隔離。

(6)故障點去游離，恢復絕緣特性；

(7)待絕緣恢復后，嘗試對高壓大容量架空線柔性直流系統進行重啟動，在重啟控制策略下恢復正常運行。

步驟(1)所述的直流阻尼電路的配置方案有兩種阻尼電阻的串入方式：串入方式一，在MMC橋臂子模塊中串入可旁路的電阻子模塊，正常運行狀態下予以旁路，MMC閉鎖狀態下串入；串入方式二，在換流站直流出口串入直流阻尼電路，正常情況下旁路阻尼電阻，故障狀態下投入阻尼電阻。

步驟(2)所述的確定阻尼電阻的參數，具體是：

當直流線路總電阻直流線路總電感和允許的故障電流最大衰減時間常數τ_max滿足時，取

反之，當直流線路總電阻直流線路總電感和允許的故障電流最大衰減時間常數τ_max滿足時，取

在步驟(3)中，為防止交流系統故障引發直流側保護誤動作，工程上通常將判別直流故障的整定值設置為額定直流電流的1.5倍，即1.5pu。

本發明的有益效果在于：

(1)本發明的直流故障的快速清除及恢復方法是在已投運柔直工程直流故障清除方法的基礎上，附加直流阻尼電路，通過控制由IGBT正反向并聯構成的電流轉移開關，即可實現阻尼電阻的投切，該方法簡單易實施，不需要附加直流斷路器等設備，降低了投資費用，并且與實際工程相適應，具有良好的工程應用前景。