[發明專利]一種用于控制直流配電系統故障后連續運行的方法及系統

在審

• 申請號: 202010615811.8
• 申請日: 2020-06-29
• 公開（公告）號: CN111953001A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 曹虹;王興國;杜丁香;呂慧;溫偉杰
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司;天津大學
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02J3/00
• 代理公司: 北京工信聯合知識產權代理有限公司 11266
• 代理人: 夏德政

本發明公開了一種用于控制直流配電系統故障后連續運行的方法及系統，屬于電力系統及其自動化技術領域。本發明方法包括：當直流配電系統故障后，向直流配電系統全網的故障自清除換流器發送閉鎖信號，及將可控儲能單元的可控儲能電容投入直流配電系統的低壓側直流網絡；當故障自清除換流器接收閉鎖信號且開啟故障自清除后，對直流配電故障進行定位并確定故障線路；針對故障線路兩端的隔離開關進行分閘；檢測故障線路的電流，當電流小于隔離開關的截流值后，控制隔離開關將故障線路完全隔離；解除換流器閉鎖信號，恢復直流配電系統運行。本發明可控制故障后低壓直流電源與負荷的連續運行，解決了在故障清除期間功率傳輸短時中斷的問題。

技術領域

本發明涉及電力系統及其自動化技術領域，并且更具體地，涉及一種用于控制直流配電系統故障后連續運行的方法及系統。

背景技術

電力系統在能源結構和負荷類型方面發生了顯著變化：光伏電站、風電站、燃料電池等分布式可再生電源大量接入，新能源發電的占比逐年增加；電動汽車、辦公設備、家用電器、廠用電器等負荷逐漸直流化，直流負荷在總負荷中的占比也逐漸增加。面對源-荷的日益直流化，交流電網的缺陷逐漸凸顯出來：交流電網新能源與直流負荷接入換流器損耗高、傳輸線路損耗大、無法現合環運行、無法滿足高密度負荷區域對供電能力，同時，交流電網存在的電壓瞬時跌落、電壓波動、電網諧波、三相不平衡現象加劇等一系列電能質量問題促使配電網在適應源-荷變化的同時發生變革。

近年來，基于全控型電力電子器件的電壓源型換流器(VSC)由于具有獨立的有功/無功解耦控制、沒有無功補償和換相失敗問題、占地面積小、可為無源系統供電等優勢，逐漸成為學術界的研究熱點。而基于VSC等柔性電力電子變流器所構建的直流配電網也逐步成為一種解決直流電源和直流負荷接入，提高供電穩定性、高效性和經濟性，解決交流配電網瓶頸問題的有效技術方案。柔性直流配電技術也因此被視為未來電力系統發展的一次重要革命。然而，由于柔性直流配電系統具有低慣性、弱阻尼的特點，導致當其直流側發生故障時，換流器電容將迅速向故障點放電，故障電流迅速增大且無過零點。直流故障的快速清除與系統恢復一直是直流輸配電系統的技術瓶頸，也是國內外學者的研究熱點之一。

結合高壓柔性直流輸電領域的研究成果，現有直流故障隔離方法分為以下三類：基于交流斷路器的故障隔離方法；基于直流斷路器的故障隔離方法；以及基于故障自清除換流器的故障隔離方法。綜合考慮故障隔離的快速性、選擇性和經濟性，基于故障自清除換流器的故障隔離方案更適用于直流配電系統。

然而，此方案存在一個不容忽視的缺陷：即當直流線路發生故障時，全網具有故障自清除能力的換流器都應短時閉鎖以實現故障清除，導致換流器所連接的低壓直流網絡中的直流電源和負荷不得不經歷短時停電，無法連續可靠運行。

發明內容

針對上述問題，本發明提出了一種用于控制直流配電系統故障后連續運行的方法，包括：

當直流配電系統故障后，向直流配電系統全網的故障自清除換流器發送閉鎖信號，及將可控儲能單元的可控儲能電容投入直流配電系統的低壓側直流網絡；

當故障自清除換流器接收閉鎖信號且開啟故障自清除后，對直流配電故障進行定位并確定故障線路；

針對故障線路兩端的隔離開關進行分閘；

檢測故障線路的電流，當電流小于隔離開關的截流值后，控制隔離開關將故障線路完全隔離；

解除換流器閉鎖信號，恢復直流配電系統運行。

可選的，方法還包括：

待可控儲能電容的電壓恢復至低壓側直流網絡的額定電壓后，對可控儲能電容進行隔離。

可選的，可控儲能電容，在直流配電系統正常運行狀態下進行電容充電。

可選的，可控儲能電容的電容值，根據低壓側直流網絡接入的直流負荷或直流電源確定。