CN109659910B - 基于混合型直流断路器的柔性直流电网故障性质识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于混合型直流断路器的柔性直流电网故障性质识别方法，包括：根据故障所在线路的参数分析计算该线路发生瞬时性故障时，相关直流断路器的隔离开关重合后，断路器线路侧电压；对断路器线路侧电压进行积分，获得故障判据的整定值；闭合故障线路一侧直流断路器的隔离开关，测量断路器线路侧电压并对其进行积分，并与故障判据整定值进行比较，若积分结果大于整定值，则判定线路故障为瞬时性故障，可以进行重合操作；若积分结果小于整定值，则线路故障为永久性故障，需要将故障线路完全断开。

Description

基于混合型直流断路器的柔性直流电网故障性质识别方法

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，尤其涉及直流电网架空输电线路智能重合领域，特别涉及柔性直流电网架空输电线路故障性质识别领域。

背景技术

柔性直流电网的输电方式主要包括直流电缆输电与架空线输电。考虑到后者在降低投资成本、提高输送容量等方面具有明显的优势，所以基于直流断路器与架空线路的柔性直流电网是未来高压柔性直流输电发展的主要方向。然而，由于架空线路所处的外部环境恶劣，其发生接地故障的概率更高，更容易造成停电事故，影响系统供电的可靠性。

考虑架空线故障的故障性质多为瞬时性故障，可以通过对线路上的直流断路器设计合理的重合策略来快速恢复供电，提高系统供电的可靠性。断路器重合时，若重合于永久性故障，会对线路以及相关设备造成严重的二次冲击。因此，如何在重合前快速识别线路的故障性质是实现重合闸的基础，具有重要的研究价值。

发明内容

鉴于故障线路重合之前需要准确且快速的判断线路的故障性质，本发明提出一种基于混合型直流断路器的柔性直流电网架空输电线路故障性质识别方法。该方法是指在架空线故障重合时，先重合直流断路器的隔离开关，然后测量直流断路器线路侧电压，根据线路侧电压的差异来判断线路的故障性质。技术方案如下：

一种基于混合型直流断路器的柔性直流电网故障性质识别方法，执行如下步骤：

(1)根据故障所在线路的参数分析计算该线路发生瞬时性故障时，相关直流断路器的隔离开关重合后，断路器线路侧电压：

式中，U为直流侧系统电压，U_m与T分别表示线路侧电压振荡的幅值与时间常数，计算式为：

式中，R_MOV为直流断路器MOV的阻值，C_Z为转移支路等效电容，C_g1与C_m1分别为故障线路对地电容以及相间电容。

(2)对断路器线路侧电压进行积分，获得故障判据的整定值；

(3)闭合故障线路一侧直流断路器的隔离开关，测量断路器线路侧电压并对其进行积分，并与步骤(2)计算的故障判据进行比较，若积分结果大于故障判据，则判定线路故障为瞬时性故障，可以进行重合操作；若积分结果小于故障判据，则线路故障为永久性故障，需要将故障线路完全断开。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

在故障隔离及故障性质的判断期间，不需要闭锁换流器，系统中所有换流器都能继续运行，系统供电的可靠性较高；线路故障为永久性故障时，在故障性质判断期间故障线路上的电流很小，避免了大电流对线路及相关设备造成冲击，系统的安全性较高；线路故障为瞬时性故障时，本方法能够快速识别故障性质并重合断路器来恢复供电，提高了系统供电的可靠性。

附图说明

图1为瞬时性故障下断路器隔离开关重合后的等效电路；

图2为瞬时性故障下断路器隔离开关重合后的简化电路；

图3为永久性故障下断路器隔离开关重合后的等效电路；

图4为永久性故障下断路器隔离开关重合后的简化电路。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。

若线路故障为瞬时性故障时，重合直流断路器的隔离开关，系统的等效电路图如图1所示。由于线路侧电压的大小主要由故障线路的电容来决定，所以可以对图1所示的等效电路图进行简化，简化电路如图2所示。则直流断路器线路侧电压的计算方式为：

式中，U为换流器出口电压，U_m与T分别表示线路侧电压振荡的幅值与时间常数，其计算式为

式中，R_MOV为直流断路器MOV的阻值，C_Z为转移支路等效电容，C_g1与C_m1分别为故障线路对地电容以及相间电容。直流断路器隔离开关重合后，线路侧电压将会不断增大。

若线路故障为永久性故障时，闭合直流断路器的隔离开关后，输电线路的等效电路图如图3所示。由于故障线路上的等效电压对断路器线路侧电压的影响很小，所以可以忽略该电阻来对线路侧电压进行简化，简化后的等效电路图如图4所示。则线路侧电压的计算方法为：

式中R_MOV为直流断路器MOV的阻值，C_Z为转移支路等效电容，C_g2与C_m2分别为线路故障点到直流断路器的对地电容以及相间电容，ω与T分别表示线路侧电压振荡的频率以及衰减的时间常数，其计算方法为

式中，L为线路故障点到直流断路器的电感。直流断路器隔离开关重合后，线路侧电压将会存在短时间的振荡现象，后线路侧电压逐渐恢复到稳定状态，稳定后的电压接近于0。

根据两种不同故障性质下断路器线路侧电压差异，可以通过闭合直流断路器隔离开关，并通过测量直流断路器线路侧电压来判断线路的故障性质。设定永久性故障的判据为

U_sp≤U_set

其中U_sp为直流断路器线路侧电压u_sp在隔离开关闭合后某一时间段内的积分值，可其计算式为

U_set为故障性质判据的整定值，其由同一线路发生瞬时性故障时线路侧电压的理论计算值u_bk在同一时间段内的积分结果，其计算方为

式中K为故障性质判据的整定系数，本发明选取K值为0.5。当线路故障为瞬时性故障且故障点已经熄弧后，重合线路一侧的直流断路器，则断路器线路侧电压的测量值u_sp与其理论计算值u_bk基本相同，所以其必然将大于Ku_bk，其积分结果U_sp也其必然将大于U_set。当线路故障为永久性故障时，受故障点钳制作用，断路器线路侧电压的测量值u_sp将接近于0，所以其会小于Ku_bk其积分结果U_sp也其必然将小于U_set。因此，该方法能够准确地判断架空输电线路的故障性质。

Claims (1)

1.一种基于混合型直流断路器的柔性直流电网故障性质识别方法，执行如下步骤：

(1)根据故障所在线路的参数分析计算该线路发生瞬时性故障时，相关直流断路器的隔离开关重合后，断路器线路侧电压：

式中，U为直流侧系统电压，U_m与T分别表示线路侧电压振荡的幅值与时间常数，计算式为：

式中，R_MOV为直流断路器MOV的阻值，C_Z为转移支路等效电容，C_g1与C_m1分别为故障线路对地电容以及相间电容；

(2)对断路器线路侧电压进行积分，获得故障判据的整定值；

(3)闭合故障线路一侧直流断路器的隔离开关，测量断路器线路侧电压并对其进行积分，并与步骤(2)计算的故障判据整定值进行比较，若积分结果大于故障判据整定值，则判定线路故障为瞬时性故障，可以进行重合操作；若积分结果小于故障判据整定值，则线路故障为永久性故障，需要将故障线路完全断开。