[發(fā)明專利]含有超導直流限流器的柔性直流系統(tǒng)直流側主回路參數(shù)設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810652435.2
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN108829989B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設計）人: 韓笑;孫建龍;李妍;黃俊輝;何大瑞;徐政;張哲任;徐雨哲
• 申請（專利權）人: 國網(wǎng)江蘇電力設計咨詢有限公司;國網(wǎng)江蘇省電力有限公司經(jīng)濟技術研究院;國網(wǎng)江蘇省電力有限公司;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號: G06F30/30
• 分類號: G06F30/30
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發(fā)明公開了一種含有超導直流限流器的柔性直流系統(tǒng)直流側主回路參數(shù)設計方法，包括：(1)確定短路電流峰值、避雷器支路接入時刻和最嚴酷工況；(2)計算平波電抗與短路電流峰值時刻的關系；(3)求解平波電抗大小；(4)求解限流電阻大小。本發(fā)明直流側主回路參數(shù)設計方法能夠填補含有超導限流器的直流主回路設計研究的空白，能為未來工程的設計起到一定的指導作用；在保證有效性的前提之下，本發(fā)明提出的基于遞推法的短路電流計算公式，能夠提高計算效率，避免耗時的時域仿真計算，減少直流主回路設計花費的時間。

技術領域

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)輸配電技術領域，具體涉及一種含有超導直流限流器的柔性直流系統(tǒng)直流側主回路參數(shù)設計方法。

背景技術

近年來隨著電力電子技術的發(fā)展，采用模塊化多電平換流器(ModularMultilevel Converter，MMC)的柔性直流輸電技術發(fā)展迅速，電壓等級和額定功率已接近傳統(tǒng)直流輸電技術，然而目前柔性直流輸電技術最重要的技術瓶頸是直流故障的快速隔離技術。總的來說，柔性直流輸電系統(tǒng)在直流故障處理方面的困難主要表現(xiàn)為：

(1)短路電流上升速度快，一般在故障10ms內(nèi)短路電流就可以上升到峰值；(2)穩(wěn)態(tài)短路電流大，可以超出額定電流10倍以上；(3)故障過程中短路電流沒有極性變化，不存在過零點，斷路器滅弧困難；(4)對快速切除故障的要求極高，直流故障切除時間一般需要控制在5ms以內(nèi)，否則會對設備安全構成嚴重威脅。

目前已投運的柔性直流系統(tǒng)通常采用跳開交流開關的策略來處理直流故障，但是這種直流故障處理策略存在動作響應慢、對交直流系統(tǒng)沖擊較大等缺點；為了解決采用跳開交流開關處理直流故障時存在的問題，世界各國研究機構紛紛大力研發(fā)高壓直流斷路器。然而，高壓大容量柔性直流輸電系統(tǒng)的短路電流通常可達數(shù)萬安培，遠遠超過當前高壓直流斷路器的開斷能力，為了降低對斷路器開斷電流的要求，需要在柔性直流輸電系統(tǒng)的直流線路中額外串聯(lián)大阻抗。

目前來看，基于高溫超導技術的超導限流器是較為理想的解決方案。當電網(wǎng)處于正常運行狀態(tài)時，超導限流器阻抗接近于零，幾乎不影響電網(wǎng)的運行；電網(wǎng)發(fā)生短路故障之后，超導限流器能夠在較短時間內(nèi)由低阻抗狀態(tài)轉變?yōu)楦咦杩範顟B(tài)，從而限制短路電流；故障消除后，超導限流器自動恢復到接近零阻抗狀態(tài)。當柔性直流系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時，可以將超導直流限流器與直流斷路器配合使用，通過超導限流器降低斷路器的開斷電流、減弱短路故障對直流系統(tǒng)的影響，有望解決目前柔性直流輸電工程抗短路沖擊能力弱的現(xiàn)實性難題。

圖1為采用直流斷路器和超導直流限流器處理直流故障的柔直系統(tǒng)，換流站依次通過超導直流限流器和直流斷路器再連接到直流線路。圖2為目前最具有發(fā)展前景的混合式直流斷路器結構，正常狀態(tài)下直流電流只流過正常通流支路；當檢測到直流側短路故障發(fā)生后，主斷路器將被開通，此后斷開負載轉移開關，短路電流被轉移到主斷路器部分；經(jīng)過大約幾個毫秒的延時，當超快速機械開關成功斷開之后，主斷路器斷開，斷路器避雷器支路接入了短路電流回路，短路電流將從持續(xù)上升轉變?yōu)槌掷m(xù)衰減至零；超導直流限流器的作用主要在于抑制主斷路器斷開時刻(也就是避雷器支路接入短路電流回路時刻)的短路電流峰值。

柔性直流系統(tǒng)的直流側主回路參數(shù)設計是整個直流系統(tǒng)設計的重要組成部分，對于含有超導直流限流器的柔性直流系統(tǒng)而言，其直流側主回路參數(shù)設計的最主要內(nèi)容就變成了超導直流限流器和直流斷路器的參數(shù)配合問題，然而目前并沒有文獻給出相應的設計原則。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述，本發(fā)明提供了一種含有超導直流限流器的柔性直流系統(tǒng)直流側主回路參數(shù)設計方法，該設計方法物理意義明確，適用性強，在工程設計中有較大的使用價值。

一種含有超導直流限流器的柔性直流系統(tǒng)直流側主回路參數(shù)設計方法，包括如下步驟，所述柔性直流系統(tǒng)中換流站依次通過超導直流限流器和混合式直流斷路器連接至直流輸電線路，所述超導直流限流器由平波電抗器和限流電阻串聯(lián)構成，所述混合式直流斷路器由正常通流支路、主斷路器以及避雷器支路并聯(lián)構成，所述換流站采用MMC；