CN110137917B - 提升交改直配电线路供电可靠性的转换电路及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提升交改直配电线路供电可靠性的转换电路及其控制方法。本发明的转换电路，包括直流断路器Q1和负荷开关S2～S4，所述直流断路器Q1的一端与换流阀的正极和负荷开关S2的一端相连，另一端与正极线相连；负荷开关S2的另一端与第三线和负荷开关S3的一端相连；负荷开关S3的另一端与换流阀的负极和负荷开关S4的一端相连；负荷开关S4的另一端与负极线相连；所述的正极线、负极线和第三线对应于原交流配电网线路的A、B、C三相线。本发明能够实现单线故障直流正常运行，两线故障直流单极带故障运行的目的，能够有效提升直流线路的运行可靠性，提升直流配电网线路故障下的可用率，提高偏远地区用户的供电可靠性。

Description

提升交改直配电线路供电可靠性的转换电路及其控制方法
技术领域
本发明属于直流配电网领域，具体地说是一种用于提升交改直配电线路供电可靠性的转换电路及其控制方法。
背景技术
农村偏远地区远离电网核心区域，一般采用较长的配电线路供电。由于输电距离远，且配网建设落后，导致偏远地区的农村电网存在电压跌落厉害、电能质量差、供电可靠性低等问题。近年来，随着人民生活水平的提高和农村光伏等新能源的普及应用，用电设备多样化、用电需求扩大化、电压波动加剧化等特征越益显著，对配网的供电容量、供电质量和供电可靠性要求越来越高。另外，偏远地区装设的光伏、风机等能源因输电距离长等原因，存在“窝电”可能。虽然，采用新建配电线路，装设无功补偿装置等措施能够缓解上述问题，但未能有效根除。
与交流配网相比，柔性直流配网存在供电半径大、电能质量高、线路损耗低、传输效率高、清洁能源及储能设备便捷接入等优点。若将直流配网应用于农村偏远地区，可有效解决远距离电压跌落厉害、供电可靠性低等问题。在原交流线路走廊基础上，直流配电网建设中的直流线路部分可以选择由原交流线路通过交改直改造所得，在充分利旧的情况下，降低工程建设成本。偏远地区的单回配电线路较多，可采用对称单极、对称双极、三极、三线双极等拓扑方式进行交改直改造。
从运行经济性和当前的工程运行经验来考虑，对称单极和对称双极拓扑是最为成熟的，经济性也是最高的。对于对称双极拓扑，虽然在单极故障的情况下，能保证一极正常运行，但是故障极会退出运行，损失部分功率，不具备带故障运行能力。而在配电网中，单极故障带故障运行的能力将会是系统供电可靠性的重要指标，尤其是在偏远地区供电方面。为此，从运行可靠性方面考虑，对称单极更具优势。在对称单极方式下，直流系统若出现永久性单极故障，直流系统需要长期运行于不对称状态以持续向偏远地区供电，但这样会影响直流系统的使用寿命；若直流系统出现永久性双极故障，直流系统则会退出运行，偏远地区供电不能被满足。因此，即使采用供电可靠性相对较高的对称单极拓扑，在向偏远地区供电中，仍存在一定概率的失电现象。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明从提升交改直线路运行可靠性出发，利用交改直过程中的第三条线路，提出一种转换电路及其控制方法，用于实现单线故障直流正常运行，两线故障直流单极带故障运行的目的，以有效提升直流线路的运行可靠性，提升直流配电网线路故障下的可用率，提高偏远地区用户的供电可靠性。
为此，本发明采用如下的技术方案：提升交改直配电线路供电可靠性的转换电路，包括直流断路器Q1和负荷开关S2～S4，所述直流断路器Q1的一端与换流阀的正极和负荷开关S2的一端相连，另一端与正极线相连；负荷开关S2的另一端与第三线和负荷开关S3的一端相连；负荷开关S3的另一端与换流阀的负极和负荷开关S4的一端相连；负荷开关S4的另一端与负极线相连；
所述的正极线、负极线和第三线对应于原交流配电网线路的A、B、C三相线。
负荷开关能切断额定负荷电流和一定的过载电流，但不能切断短路电流。所述的直流断路器能够切断短路电流，可以选择固态式或机械式等类型的直流断路器。
本发明还提供上述提升交改直配电线路供电可靠性的转换电路的控制方法，该控制方法与线路发生的故障类型相关，所涉及的故障类型包括单线故障、两线故障和三线故障；其中，单线故障又分正极线故障、负极线故障和第三线故障三种情况；两线故障分为正极线-负极线故障、正极线-第三线故障、负极线-第三线故障三种情况；正常运行时，直流断路器Q1和负荷开关S4处于闭合状态，负荷开关S2和负荷开关S3处于分断状态；
当第三线发生单线故障时，直流系统仍正常运行无影响，因此不作任何动作；当正极线发生单线故障时，立即合上负荷开关S2，待负荷开关S2闭合后，断开直流断路器Q1，由第三线代替正极线进行功率传输；经一延时(如30s)，再合上直流断路器Q1，若发现正极线的故障还在，则再次拉开直流断路器Q1，直流系统不再重合直流断路器Q1；若发现正极线的故障已经消失，则拉开负荷开关S2，第三线退出运行，直流系统恢复至故障前状态；当负极线发生单线故障时，动作时序与正极线故障时相似，单由负荷开关S4替代直流断路器Q1动作，负荷开关S3替代负荷开关S2动作。由此可知，当单条线路发生故障时，通过转换电路的开关操作，直流系统能够正常持续运行。
进一步地，当发生正极线-第三线两线故障或负极线-第三线两线故障时，由于正常情况下第三线退出运行，故障与否无电气量突变，仍是先合上负荷开关S2或负荷开关S3，再分断直流断路器Q1或负荷开关S4，但由于第三线同时处于故障状态，单极接地的影响还在，然而，由于采用的是对称单极结构，合理设计交流侧的接地方式，直流系统仍能够持续运行一段时间；当正极线-负极线发生两线故障时，立即合上负荷开关S2，同时关断直流断路器Q1，短路电流由直流断路器Q1分断，第三线替代正极线作为正极运行，直流系统以负极接地方式运行，仍能够持续运行一段时间。由此可知，当两条线路发生故障时，通过转换电路的开关操作，直流系统能够以单极接地故障形式持续运行，为线路检修腾出时间，保障用户供电。
进一步地，当发生三线故障时，由于正常情况下第三线退出运行，故障与否无电气量突变，立即合上负荷开关S2，同时关断直流断路器Q1，部分短路电流由直流断路器Q1分断；由于第三线也处于故障状态，因此，双极短路特性仍存在，故障电流继续引发换流阀闭锁，交流开关跳开。若为瞬时性故障，再次合交流断路器和解锁，即能实现直流系统恢复运行；若为永久性故障，则导致用户长期停电，直至线路检修完毕。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
本发明能够实现单线故障直流正常运行，两线故障直流单极带故障运行的目的，能够有效提升直流线路的运行可靠性，提升直流配电网线路故障下的可用率，提高偏远地区用户的供电可靠性。
附图说明
图1为本发明应用于直流配网交改直的结构示意图；
图2为本发明转换电路的内部结构示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合说明书附图及具体实施方式对本发明的技术方案及其相关原理进行详细说明。
图1给出了一种采用交改直方式向偏远地区通过直流方式供电的示意图，交流系统通过直流换流阀将三相交流整流成双极直流，双极直流通过转换电路后与三条输电线(原交流三相线路)相连，在偏远地区受端，同样安装有转换电路将三条输电线路与直流换流阀的双极相连，直流换流阀通过逆变，为偏远地区提供可靠稳定的交流供电。
图2所示为转换电路内部结构，包括直流断路器Q1和负荷开关S2～S4，直流断路器Q1的一端与换流阀的正极和负荷开关S2的一端相连，另一端与正极线相连；负荷开关S2的另一端与第三线和负荷开关S3的一端相连；负荷开关S3的另一端与换流阀的负极和负荷开关S4的一端相连；负荷开关S4的另一端与负极线相连。
负荷开关能切断额定负荷电流和一定的过载电流，但不能切断短路电流。所述的直流断路器能够切断短路电流，可以选择固态式或机械式等类型的直流断路器。正极线、负极线和第三线对应于原交流配电网线路的A、B、C三相线。
转换电路的控制方法与线路发生的故障类型相关，所涉及的故障类型包括单线故障、两线故障和三线故障。其中，单线故障又分正极线故障、负极线故障和第三线故障三种情况；两线故障分为正极线-负极线故障、正极线-第三线故障、负极线-第三线故障三种情况。正常运行时，直流断路器Q1和负荷开关S4处于闭合状态，负荷开关S2和负荷开关S3处于分断状态。
当第三线发生单线故障时，直流系统仍正常运行无影响，因此不作任何动作。当正极线发生单线故障时，立即合上负荷开关S2，待负荷开关S2闭合后，断开直流断路器Q1，由第三线代替正极线进行功率传输。经一定延时(如30s)，再合上直流断路器Q1，若发现正极线的故障还在，则再次拉开直流断路器Q1，直流系统不再重合直流断路器Q1；若发现正极线的故障已经消失，则拉开负荷开关S2，第三线退出运行，直流系统恢复至故障前状态。当负极线发生单线故障时，动作时序与正极线故障时相似，单由负荷开关S4替代直流断路器Q1动作，负荷开关S3替代负荷开关S2动作。由此可知，当单条线路发生故障时，通过转换电路的开关操作，直流系统能够正常持续运行。
当发生正极线-第三线两线故障或负极线-第三线两线故障时，由于正常情况下第三线退出运行，故障与否无电气量突变，仍是先合上负荷开关S2或负荷开关S3，再分断直流断路器Q1或负荷开关S4，但由于第三线同时处于故障状态，单极接地的影响还在。然而，由于采用的是对称单极结构，合理设计交流侧的接地方式，直流系统仍能够持续运行一段时间。当正极线-负极线发生两线故障时，立即合上负荷开关S2，同时关断直流断路器Q1，短路电流由直流断路器Q1分断，第三线替代正极线作为正极运行，直流系统以负极接地方式运行，仍能够持续运行一段时间。由此可知，当两条线路发生故障时，通过转换电路的开关操作，直流系统能够以单极接地故障形式持续运行，为线路检修腾出时间，保障用户供电。
当发生三线故障时，由于正常情况下第三线退出运行，故障与否无电气量突变，立即合上负荷开关S2，同时关断直流断路器Q1，部分短路电流由直流断路器Q1分断。由于第三线也处于故障状态，因此，双极短路特性仍存在，故障电流继续引发换流阀闭锁，交流开关跳开。若为瞬时性故障，再次合交流断路器和解锁，即可实现直流系统恢复运行，若为永久性故障，则导致用户长期停电，直至线路检修完毕。
需要说明的是，当直流线路出现故障，转换电路需要动作时，送端和受端两个转换电路所一一对应的开关需要联动。

Claims (2)

1.提升交改直配电线路供电可靠性的转换电路的控制方法，所述的转换电路包括直流断路器Q1和负荷开关S2~S4，其特征在于，所述直流断路器Q1的一端与换流阀的正极和负荷开关S2的一端相连，另一端与正极线相连；负荷开关S2的另一端与第三线和负荷开关S3的一端相连；负荷开关S3的另一端与换流阀的负极和负荷开关S4的一端相连；负荷开关S4的另一端与负极线相连；所述的正极线、负极线和第三线对应于原交流配电网线路的A、B、C三相线；其特征在于：
所述转换电路的控制方法与线路发生的故障类型相关，所涉及的故障类型包括单线故障、两线故障和三线故障；其中，单线故障又分正极线故障、负极线故障和第三线故障三种情况；两线故障分为正极线-负极线故障、正极线-第三线故障、负极线-第三线故障三种情况；正常运行时，直流断路器Q1和负荷开关S4处于闭合状态，负荷开关S2和负荷开关S3处于分断状态；
当第三线发生单线故障时，直流系统仍正常运行无影响，因此不作任何动作；当正极线发生单线故障时，立即合上负荷开关S2，待负荷开关S2闭合后，断开直流断路器Q1，由第三线代替正极线进行功率传输；经一延时，再合上直流断路器Q1，若发现正极线的故障还在，则再次拉开直流断路器Q1，直流系统不再重合直流断路器Q1；若发现正极线的故障已经消失，则拉开负荷开关S2，第三线退出运行，直流系统恢复至故障前状态；当负极线发生单线故障时，动作时序与正极线故障时相似，单由负荷开关S4替代直流断路器Q1动作，负荷开关S3替代负荷开关S2动作；
当发生正极线-第三线两线故障或负极线-第三线两线故障时，由于正常情况下第三线退出运行，故障与否无电气量突变，仍是先合上负荷开关S2或负荷开关S3，再分断直流断路器Q1或负荷开关S4，但由于第三线同时处于故障状态，单极接地的影响还在，然而，由于采用的是对称单极结构，合理设计交流侧的接地方式，直流系统仍能够持续运行一段时间；当正极线-负极线发生两线故障时，立即合上负荷开关S2，同时关断直流断路器Q1，短路电流由直流断路器Q1分断，第三线替代正极线作为正极运行，直流系统以负极接地方式运行，仍能够持续运行一段时间。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当发生三线故障时，由于正常情况下第三线退出运行，故障与否无电气量突变，立即合上负荷开关S2，同时关断直流断路器Q1，部分短路电流由直流断路器Q1分断；由于第三线也处于故障状态，因此，双极短路特性仍存在，故障电流继续引发换流阀闭锁，交流开关跳开。
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