[發明專利]一種直流短路故障性質判斷方法及直流系統重合閘方法

有效

• 申請號: 201910068606.1
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN110011282B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 向往;蔡普成;文勁宇
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02H3/06
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明公開一種直流短路故障性質判斷方法及直流系統重合閘方法，包括：直流斷路器分閘后，通過直流輸電線路的直流輸出端的換流器產生預設的交流檢測信號，注入到直流輸電線路，預設的交流檢測信號的頻率等于直流斷路器的換流支路接入短路故障后的直流輸電線路后的電路的諧振頻率；檢測直流輸出端連接的直流斷路器輸出端的直流電流響應值和直流電壓響應值；根據直流電流響應值和直流電壓響應值判斷短路故障的性質，當直流電流響應值大于預設第一電流判據，且直流電壓響應值大于預設第一電壓判據時，短路故障為永久性故障，否則短路故障為瞬時性故障。本發明通過主動注入信號對短路故障性質進行判別，從而避免斷路器重合閘于永久性故障。

技術領域

本發明屬于柔性直流輸電領域，更具體地，涉及一種直流短路故障性質判斷方法及直流系統重合閘方法。

背景技術

柔性直流輸電系統具有諸多技術優勢，可實現大規模、高波動性可再生能源的平滑接入，可提供靈活、快捷的潮流控制，是解決大范圍電力傳輸、提高可再生能源利用率以及提升供電可靠性和系統穩定性等問題的有效方案。考慮到未來大規模、遠距離輸電的需求，架空輸電線路是必然選擇。應對架空線路時常發生的直流故障是構建柔性直流電網首要解決的技術難題。

基于全橋型子模塊的全橋型模塊化多電平換流器(MMC)可通過閉鎖絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)的方式來阻斷故障電流，也可通過設計控制器主動控制直流故障電流。由于全橋型MMC所需功率器件數目是半橋型MMC的2倍，增加了換流器的成本和損耗。混合型MMC由全橋型子模塊和半橋型子模塊級聯而成，可對直流電流進行控制，在故障期間主動限制故障電流，輔以低容量直流斷路器隔離故障線路，成為兼具經濟性與技術優勢的選擇。

柔性直流電網需考慮混合型MMC和直流斷路器的配合以快速清除直流故障，使得健全系統可不間斷運行。與交流系統故障保護類似，還需考慮快速重合閘方案以實現故障后快速恢復供電。通常情況下，當直流線路故障發生后，斷路器動作以切斷故障電流。在線路去游離后，直流斷路器重合閘，通過能否建立直流電壓實現對故障性質的判斷。若能夠建立直流電壓，表明故障已經消失，為瞬時性故障，系統恢復正常運行；若直流電壓無法建立，則為永久性故障，故障電流急劇上升，直流斷路器需再次分閘。這種重啟方法在重合閘于永久性故障時會對系統造成二次危害，且二次分閘進一步增加了直流斷路器的開斷容量需求。對于基于混合型MMC的架空柔直系統，其在直流故障期間仍可控制直流電壓/電流，具備主動注入信號的能力。另一方面，級聯全橋型直流斷路器、機械式直流斷路器等斷路器拓撲在主支路在分閘后，換流支路仍串聯于線路之中，為換流器注入信號的流通提供了路徑。

因此，研究基于混合型MMC主動信號注入的自適應重合閘控制技術，是提高架空柔性直流電網運行可靠性的重要途徑。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于解決柔性直流電網重合閘于永久性故障時會對系統造成二次危害且需要再次分閘的技術問題。

為實現上述目的，第一方面，本發明提供一種直流短路故障性質判斷方法，該方法應用于直流輸電系統，直流輸電系統包括換流器之間的直流輸電線路，每條直流輸電線路的兩端各有一個直流斷路器，所述換流器用于將交流信號轉換為直流信號或將直流信號轉換為交流信號，兩個換流器之間進行直流輸電，包括以下步驟：

所述直流斷路器包括機械開關、吸能支路及換流支路，當所述直流輸電線路發生短路故障后，所述直流斷路器的機械開關打開，短路電流流經換流支路，最終被吸能支路吸收；

所述直流斷路器分閘后，通過直流輸電線路的直流輸出端的換流器產生預設的交流檢測信號，注入到直流輸電線路，所述預設的交流檢測信號的頻率根據所述直流斷路器的換流支路接入短路故障后的直流輸電線路后的電路的諧振頻率設定，以使得所述預設交流檢測信號可以流經所述直流斷路器的換流支路；

檢測所述直流輸出端連接的直流斷路器輸出端的直流電流響應值和直流電壓響應值；