[發明專利]利用換流器主動注入和行波耦合的直流線路故障保護方法

有效

• 申請號: 201810231777.7
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108551161B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 宋國兵;王婷;張晨浩;吳磊;韓偉;李程昊
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;國網河南省電力公司電力科學研究院;國家電網公司
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02J3/36
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 田洲

本發明公開一種利用換流器主動注入和行波耦合的直流線路故障保護方法，包括以下步驟：在直流輸電系統的故障極直流線路故障清除/隔離后與換流器重啟/重合前的間隔內，利用健全極換流器附加控制策略向直流線路注入特征信號，特征信號在直流線路故障存在和消失時的傳播特性存在差異，利用該差異實現直流故障線路的故障性質判別，進而控制故障極輸電系統不重啟/重合斷路器，實現直流線路故障保護。本發明在架空線輸電場合的直流系統實現了自適應重啟/重合，縮短了停電時間，確保直流系統安全可靠運行，直接效益和間接效益十分顯著。

技術領域

本發明屬于直流線路故障保護領域，特別涉及一種利用換流器主動注入和行波耦合的直流線路故障保護方法。

背景技術

輸電線路作為覆蓋面積最大且工作條件最惡劣的元件，其故障發生率是電力系統所有設備中最高的。線路故障具有單相(極)、瞬時性的特點，線路故障切除后經固定時限重合成功的概率為60％～90％，電壓等級越高重合成功率越高。因此，重合/重啟技術的應用對于提高以架空線為主的電力系統的穩定性和供電連續性至關重要。

傳統的交流自動重合閘盲目重合于永久性故障時，會使電力系統短時間內連續遭受兩次故障沖擊，尤其是三相重合于相間永久性故障，造成重合后電力系統搖擺幅度增大，降低斷路器等電氣設備絕緣、減少其使用壽命。為避免重合于永久性故障，國內外學者提出了具有識別永久性和瞬時性故障能力的自適應重合理論。與交流系統相比，全控性電力電子器件過流能力弱，柔性直流輸電系統承受故障沖擊能力較差，直流系統的重合/重啟應避免二次沖擊等危害。如何實現故障性質和重合時間的自適應判別是柔性直流輸電系統重合/重啟技術的關鍵所在。

交流線路自適應重合閘利用相間耦合關系判別線路故障性質，如單相重合閘利用的跳開相與健全相的耦合關系，三相重合閘利用的是并聯電抗器電流衰減較慢，電流特征在健全相和故障相表現出差異性，進而實現故障性質判別；而直流線路故障清除/隔離后，直流系統電氣量保持恒定，健全極與故障極無耦合關系，直流線路的故障性質判別必須采用施加擾動的方法來實現，因此構建具有故障性質判別能力的自適應重合/重啟方案的關鍵在于如何獲取故障信息。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用換流器主動注入和行波耦合的直流線路故障保護方法，以解決上述技術問題。本發明在直流輸電線路發生單極故障，故障被清除或隔離后，通過健全極MMC附加控制策略向健全極直流線路注入特征信號，由于輸電線路間的電氣量存在耦合，故障極線路將感應出相應的特征信號，利用故障極特征信號在線路故障存在與消失時的傳播特性差異進行故障性質判別，本發明對直流架空輸電線路的供電可靠性和安全穩定運行的提升具有重要意義。

為實現上述目標，本發明采用的技術方案，包括：

利用換流器主動注入和行波耦合的直流線路故障保護方法，包括以下步驟：在直流輸電系統的故障極直流線路故障清除/隔離后與換流器重啟/重合前的間隔內，利用健全極換流器附加控制策略向直流線路注入特征信號，特征信號在直流線路故障存在和消失時的傳播特性存在差異，利用該差異實現直流故障線路的故障性質判別，進而控制故障極輸電系統不重啟/重合斷路器，實現直流線路故障保護。

進一步的，直流輸電系統為真雙極接線。

進一步的，故障極直流線路的任意一極輸電線路發生單極接地故障時，故障極中任意一個換流站切換故障清除策略，健全極對應換流站采用注入特征信號控制策略。

進一步的，特征信號的幅值采取ΔN＝X；X為直流輸電系統的橋臂子模塊個數的10％～30％。

進一步的，特征信號脈寬選取為50ms，占空比為10％。

進一步的，故障極換流器故障清除策略啟動后1-200ms后，將健全極換流器切換為附加控制策略，向直流健全線路注入特征信號，故障極感應的特征信號頻率與在健全極線路主動注入特征信號的頻率一致，幅值正比于在健全極線路主動注入的特征信號的幅值。