CN103606911A - 一种切除柔性直流输电系统直流线路瞬时性短路接地故障的方法 - Google Patents

一种切除柔性直流输电系统直流线路瞬时性短路接地故障的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种切除柔性直流输电系统直流线路瞬时性短路接地故障的方法,属于电力电子技术领域;该方法兼顾电力系统对切除柔性直流输电系统切除故障能力的要求,借助柔性直流输电系统结构特性,利用交流断路器能够切断数值小于一定范围的直流电流的特点,将交流断路器串联在换流变压器中性点与接地电阻之问,起到切断直流故障电流的作用。该发明利用交流断路器解决了由于要切除直流线路瞬时性短路接地故障而停运整个柔性直流输电系统的问题。该方法具有技术成熟、经济可靠、实现简单、性能优异的特点,可应用于柔性直流输电实际工程中。

Description

一种切除柔性直流输电系统直流线路瞬时性短路接地故障的方法
技术领域
本发明属于电力电子技术领域,特别涉及一种切除柔性直流输电系统直流线路瞬时性短路接地故障的方法。
背景技术
电力系统中的元件发生短路故障后一般是通过故障元件两端串联的断路器切断故障电流,从而实现故障点电弧的熄灭。在交流系统中,电流每周波有两次自然过零点,交流断路器就是充分利用此时机熄灭电弧,完成介质恢复。而直流系统不存在自然过零点,因此,开断直流线路就要困难很多,直流线路开断的首要任务是熄灭电弧,其次由于直流系统中电感的存在,系统里储存了大量的能量,需要采取有效手段来耗散这些能量,同时需要抑制过电压,保证间隙完成介质恢复和保护系统设备免受损坏,虽然现在有很多直流开断方法,像“人工制造零点法”,“增大电弧电压法”,但这些方法都有一定的使用范围,能力有限,设备造价昂贵,尚未推广到工程应用。
以可关断电力电子器件和PWM技术为基础的柔性直流输电技术发展迅速,与传统直流相比,它可以进行有功和无功快速独立控制,有两个控制自由度,无换向失败问题,可以向无源电网供电。而且多端柔性直流输电系统与两端柔性直流输电系统相比,在运行灵活性、可靠性上更有优势,构建多端柔性直流输电系统能够满足电网互联、城市电网供电、多个风电场(新能源)互联等需求。但柔性直流输电系统也存在许多不足之处,其中最大的不足就是不能有效控制直流侧故障时的故障电流,一旦直流侧故障,交流断路器必须断开,停运整个柔性直流输电系统,所以如何保持柔性直流输电系统安全稳定可靠运行是普遍关注的问题。
在中国,柔性直流输电系统换流变压器一般采用Δ/Yn型接法,如图1所示,即换流变压器网侧绕组采用三角形联接,阀侧绕组采用星形联接,将阀侧绕组的中性点经一个大电阻R接地,采用Δ/Yn型接法这种接地方式主要目的是使柔性直流输电系统直流线路对地呈现出对称的正、负极性,从而可以降低直流线路的绝缘水平,而接地电阻R很大是为了保证交流电网故障时传递到换流器侧的零序电流很小。
在柔性直流输电系统稳态运行时,如何切除直流线路短路接地故障具有重要的实用价值,目前,在直流断路器不能工程化应用的前提下,切除直流线路瞬时性短路接地故障和切除直流线路永久性短路接地故障的策略相同,必须停运整个系统。此方法有如下缺点:
1)增加了柔性直流输电系统的停运概率;
2)如果运行系统与重要负荷相连,则为了切除直流线路瞬时性短路接地故障而停运整个系统将会造成重大损失;
3)如果运行系统与风电场(新能源)相连,则为了切除直流线路瞬时性短路接地故障而停运整个系统将会导致新能源的退出并重新投入,减小了能源利用率;
4)如果两个非同步电网通过柔性直流输电系统联网,则为了切除直流线路瞬时性短路接地故障而停运整个系统将会导致两个非同步电网内部功率不平衡,电网安稳控制保护动作,失去部分电源或者负荷,甚至导致连锁故障,造成同步电网瘫痪;
5)如果地区电网联络线由交流和柔性直流输电系统组成,则为了切除直流线路瞬时性短路接地故障而停运整个系统,可能导致交流线路过载,甚至线路潮流超过其暂稳极限,造成电网安稳控制保护动作。
综上所述,在直流断路器尚未工程化应用的背景下,为了提高柔性直流输电稳定性和可靠性,充分发挥柔性直流输电的优势,需要一种更加灵活有效的切除直流线路瞬时性短路接地故障的方法。
发明内容
本发明的目的是针对切除柔性直流输电系统直流线路瞬时性短路接地故障,需要将整个系统停运这一问题,提供了一种切除柔性直流输电系统直流线路瞬时性短路接地故障的方法,该方法通过交流断路器和简单的顺序操作,可以实现传统认为需要直流断路器才能实现的切除直流线路故障电流的功能,在不影响整个柔性直流输电系统正常运行的前提下,实现柔性直流输电系统直流线路瞬时性短路接地故障的切除。
为了达到上述目的,本发明提出的解决方法是:
如图2所示,每个换流站交流侧包括相互串联的交流进线开关,换流变压器,其中换流变压器为Δ/Yn型接法,在换流变压器阀侧绕组中性点与接地电阻R之间串联电流互感器CT以测量接地电流,串联交流断路器Q2以切断直流线路短路故障电流,直流侧包含串联的一组隔离刀闸QS1与直流母线相连。接地电阻R很大,第一保证交流电网故障时传递到换流器侧的零序电流很小,第二保证直流线路短路接地故障后,流过换流变压器中性点连接的交流断路器入地的电流ig很小,交流断路器可以快速切断电弧。
柔性直流输电系统稳定运行状态下,换流变压器中性点串联的交流断路器Q2处于合位,在稳定运行状态下,接地支路没有电流通过,即ig=0。
本发明提出了一种切除柔性直流输电系统直流线路瞬时性短路接地故障的方法,所述柔性直流输电系统包括借助直流线路连接的两端、三端及三端以上的换流站,该系统每个换流站交流侧包括相互串联的交流进线开关,换流变压器,其中换流变压器网侧绕组采用三角形联接,阀侧绕组采用星形联接,阀侧星型绕组中性点通过串联一组交流断路器、电流互感器和大电阻接地;直流侧包含串联的一组隔离刀闸与直流母线相连。
该方法借助电流互感器,通过分合与换流变压器中性点连接的交流断路器,来判断短路故障类型,并实现传统认为需要直流断路器才能实现的切除直流线路瞬时性短路接地故障功能,在不影响整个柔性直流输电系统正常运行的前提下,切除直流线路瞬时性短路接地故障。
柔性直流输电系统稳定运行状态下,与换流变压器中性点连接的交流断路器处于合位,在稳定运行状态下,接地支路没有电流通过。
该方法具体包括以下步骤:
1)一旦通过换流变压器中性点连接的交流断路器的接地电流ig超过整定阈值σ,则判断柔性直流输电系统直流线路发生短路接地故障,分本站换流变压器中性点连接的交流断路器Q2;
2)换流变压器中性点连接的交流断路器首先分开的换流站记为A站;
3)经过一段时间合A站换流变压器中性点连接的交流断路器Q2;
4)判断A站接地电流ig是否小于设定值ε,如果不小于设定值ε,则判断短路接地故障为永久性故障,停运整个系统;如果ig小于设定值ε,则判断短路接地故障为瞬时性故障,进入下一步;
5)合其他换流变压器中性点连接的交流断路器Q2,切除故障完成。
较佳的,上述步骤1)的整定阈值σ和步骤4)的设定值ε与柔性直流输电系统额定电压VN和接地电阻R有关,取值为
Figure BSA0000096042710000031
σ=5ε。
本发明的技术特点是:该方法兼顾电力系统对切除柔性直流输电系统切除故障能力的要求,借助柔性直流输电系统结构特性,利用交流断路器能够切断数值小于一定范围的直流电流的特点,将交流断路器串联在换流变压器中性点与接地电阻之间,起到切断故障电流的作用。
本发明的有益效果是:本发明利用技术成熟的交流断路器代替尚不能工程推广应用的直流断路器切断柔性直流输电系统短路接地故障电流,解决了柔性直流输电系统发生直流线路瞬时性短路接地故障时需要停运整个系统的问题。该应用具有技术成熟、经济可靠、实现简单、性能优异的特点,可应用于柔性直流输电实际工程中。
附图说明
图1为现有技术的换流站示意图;
图2为本发明提出的换流站示意图;
图3为柔性直流输电系统示意图(以四端柔性直流输电系统为例说明);
图4为切除直流输电系统直流线路故障的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例,对本发明提出的一种切除柔性直流输电系统直流线路瞬时性短路接地故障的方法进行详细说明。
本发明是针对的柔性直流输电系统,包括借助直流线路连接的两端、三端及三端以上的换流站,每个换流站交流侧包括相互串联的交流进线开关Q1,如图2所示,其中换流变压器为Δ/Yn型接法,星型绕组中性点通过串联一组交流断路器Q2、电流互感器CT和大电阻R接地;直流侧包含串联的一组隔离刀闸QS1与直流母线相连。
如图3所示,运行站1、2、3、4组成正在稳定运行的四端柔性直流输电系统,换流变压器阀侧绕组中性点与大电阻R之间串联交流变压器Q2和电流互感器CT,稳态情况下接地支路没有电流通过即ig=0。
一旦换流站3直流线路A点发生瞬时短路接地故障,采用图4所示步骤切除故障:
1)一旦通过变压器中性点交流断路器Q2流进大地的接地电流ig超过整定阈值σ,则判断柔性直流输电系统直流线路发生短路接地故障,分本站换流变压器中性点连接的交流断路器Q2;
2)换流变压器中性点连接的交流断路器Q2首先分开的换流站记为A站,在本例中A站为换流站3;
3)经过一段时间,合A站换流变压器中性点连接的交流断路器Q2;
4)判断接地电流ig是否小于设定值ε(很小),如果不小于设定值ε,则判断短路接地故障为永久性故障,停运整个系统;如果ig小于设定值ε,则判断短路接地故障为瞬时性故障,进入下一步;
5)合其他换流变压器中性点连接的交流断路器Q2,切除故障完成。
上述步骤1)中整定阈值σ和步骤4)中设定值ε与柔性直流输电系统额定电压VN和接地电阻R有关,一般取值为σ=5ε。
本发明兼顾了电力系统对切除柔性直流输电系统切除故障能力的要求,借助柔性直流输电系统结构特性,利用交流断路器能够切断数值小于一定范围的直流电流的特点,将交流断路器串联在换流变压器中性点与接地电阻之间,起到切断故障电流的作用。其实现简单、性能优异、经济可靠,并且技术成熟,可应用于柔性直流输电实际工程中。
在说明本发明的实施例的同时,在不违背本发明的精神和保护范围的前提下,各种各样的修改或改型对本技术领域的普通技术人员来说都是显而易见的,因此,所有这些在本发明范围内的修改都应包括在本发明的权利要求内。

Claims (2)

1.一种切除柔性直流输电系统直流线路瞬时性短路接地故障的方法,所述柔性直流输电系统包括借助直流线路连接的两端、三端及三端以上的换流站,其特征在于,该系统每个换流站交流侧包括相互串联的交流进线开关,换流变压器,其中换流变压器网侧绕组采用三角形联接,阀侧绕组采用星形联接,阀侧星型绕组中性点通过串联一组交流断路器、电流互感器和大电阻接地;直流侧包含串联的一组隔离刀闸与直流母线相连;
该方法借助电流互感器,通过分合与换流变压器中性点连接的交流断路器,来判断短路故障类型,并实现传统认为需要直流断路器才能实现的切除直流线路瞬时性短路接地故障功能,在不影响整个柔性直流输电系统正常运行的前提下,切除直流线路瞬时性短路接地故障。
柔性直流输电系统稳定运行状态下,与换流变压器中性点连接的交流断路器处于合位,在稳定运行状态下,接地支路没有电流通过;
该方法具体包括以下步骤:
1)一旦通过换流变压器中性点连接的交流断路器的接地电流ig超过整定阈值σ,则判断柔性直流输电系统直流线路发生短路接地故障,分本站换流变压器中性点连接的交流断路器;
2)换流变压器中性点连接的交流断路器首先分开的换流站记为A站;
3)经过一段时间合A站换流变压器中性点连接的交流断路器;
4)判断A站接地电流ig是否小于设定值ε,如果不小于设定值ε,则判断短路接地故障为永久性故障,停运整个系统;如果ig小于设定值ε,则判断短路接地故障为瞬时性故障,进入下一步;
5)合其他换流变压器中性点连接的交流断路器,切除故障完成。
2.根据权利要求1所述的一种切除柔性直流输电系统直流线路瞬时性短路接地故障的方法,其特征在于,步骤1)的整定阈值σ和步骤4)的设定值ε与柔性直流输电系统额定电压VN和接地电阻R有关,取值为
Figure FSA0000096042700000011
σ=5ε。
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