CN110137922A - 一种基于扰动注入的架空柔直电网自适应重合闸方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于扰动注入的架空柔直电网自适应重合闸方法，包括在直流电网发生短路故障且直流断路器动作后，经过预设延时保证故障线路去游离；向故障线路注入扰动；通过检测扰动在故障线路上的传播特性判断故障性质，若为瞬时性故障，对故障线路进行重合闸操作；若为永久性故障，不重合直流断路器，进行故障定位。本发明提供的自适应重合闸方法通过判断故障性质控制断路器有选择性地进行重合闸，防止永久性故障下断路器的盲目重合闸对系统造成的二次冲击，避免器件被损坏，提高了系统的安全性，并且在瞬时性故障下指导断路器进行重合闸恢复供电，提高了系统供电的可靠性。

Description

一种基于扰动注入的架空柔直电网自适应重合闸方法
技术领域
本发明属于柔性直流输电领域，更具体地，涉及一种基于扰动注入的架空柔直电网自适应重合闸方法。
背景技术
基于MMC(Modular Multilevel Converter，模块化多电平换流器)的直流输电技术凭借其模块化结构、谐波含量低、自启动、功率解耦控制、开关损耗低等特点，在新能源发电、异步互联、城市电网增容、向无源系统供电、连接弱交流电网等方面有着广阔的应用场景。为进一步提高运行灵活性和供电可靠性，多端柔性直流电网成为未来智能电网的发展趋势之一。
考虑到输电距离、电压等级以成本问题，架空线输电是大规模功率传输的主要方式之一。架空线路工作环境恶劣，故障发生概率很高，需要在架空线两侧安装高压直流断路器(Direct Current Circuit Breaker，DCCB)进行故障线路隔离。
架空线故障大多数是瞬时性故障，因此故障隔离后，应快速进行系统重启，以恢复系统的供电，从而提高系统的可靠性。与交流系统类似，直流电网的系统恢复可以通过直流断路器实现。但是，交流断路器与直流断路器工作原理不同，交流断路器的开断时间为40～60ms，而直流断路器可在3ms内完成开断动作。此外，在直流系统中，直流故障电流无自然过零点，故需重新考虑直流断路器的重合闸策略。目前工程上常采用自动重合闸方案进行故障重启。该方法的最大问题在于不能判断故障性质，一旦重合于永久性故障，将会对系统和换流站造成二次危害，且二次分闸进一步增加了直流断路器的开断容量需求。为提高重合闸的成功率以及系统的安全性，将在断路器合闸之前，进行故障性质的判断。若判断结果为瞬时性故障，则断路器应立刻进行合闸；若判断结果为永久性故障，则需进行故障测距，安排维修工作。这种通过预先判断故障性质的重合闸方法称为“自适应重合闸”。考虑到直流电网下，健全极与故障极的耦合作用小，因此有必要向故障线路中注入一扰动信号来实现故障性质的判别。同时，直流电网存在冗余线路以及多落点电源点，这为扰动信号的注入与流通提供了可能性。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于扰动注入的架空柔直电网自适应重合闸方法，旨在解决重合闸于永久性故障时会对直流电网造成二次冲击且需要再次分闸，柔直电网的安全性和供电可靠性差的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于扰动注入的架空柔直电网自适应重合闸方法，包括以下步骤：
(1)在直流电网发生短路故障且直流断路器动作后，经过预设延时保证故障线路去游离；
(2)向故障线路注入扰动；
(3)通过检测扰动在所述故障线路上的传播特性判断故障性质，
若为瞬时性故障，对故障线路进行重合闸操作；
若为永久性故障，不重合直流断路器，进行故障定位。
优选地，直流断路器包括主支路、换流支路和耗能支路，所述换流支路作为所述扰动注入所述故障线路的通道。
优选地，直流断路器包括ABB混合式直流断路器、耦合型机械直流断路器、负压耦合型机械直流断路器、级联全桥子模块混合型直流断路器。
优选地，扰动通过外部装置注入或者通过换流器对直流断路器主动控制得到；换流器的主动控制包括闭锁换流器、修改换流器双闭环矢量控制系统的外环控制的指令值、修改换流器双闭环矢量控制系统的内环控制的输出值、修改换流器双闭环矢量控制系统的底层阀控的输出信号。
优选地，外部装置包括电池、LC震荡回路、buck电路、小型发电机等。
优选地，扰动在故障线路上的传播特性包括电压极性、电压幅值、电流极性、行波特性。
优选地，扰动注入期间，直流断路器开通预设时间，使得扰动能够进入到故障线路上。
本发明提供的基于扰动注入的架空柔直电网自适应重合闸方法可通过检测扰动在不同故障下的响应特性，对故障性质进行判别，从而避免断路器重合闸于永久性故障所引起的过流与过压问题，同时降低柔直电网对直流断路器开断容量的要求，提高柔直电网的安全性和供电可靠性。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
1、本发明提供的基于扰动注入的架空柔直电网自适应重合闸方法在故障线路去游离后，通过判断故障性质控制断路器有选择性地进行重合闸，防止永久性故障下断路器的盲目重合闸对系统造成的二次冲击，避免器件被损坏，提高了系统的安全性，并且在瞬时性故障下指导断路器进行重合闸恢复供电，提高了系统供电的可靠性；
2、本发明提出了多种注入扰动的方式，可根据系统的实际情况，利用换流器、断路器或者外加装置注入扰动，提高了扰动注入的灵活性；
3、本发明提出了多种性质判别方式，可根据系统的实际情况，与注入扰动的具体形式相结合，采用合适的方式的进行性质判别，可适用于多种系统，具有较高的普适性与可操作性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的柔直电网的拓扑图；
图2是本发明实施例提供的混合式高压直流断路器的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种针对单极接地故障的基于扰动注入的架空柔直电网自适应重合闸方法的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的在双极短路故障下的扰动注入示意图；
图5是本发明实施例提供的在正极接地故障下的扰动注入示意图；
图6是本发明实施例提供的扰动在永久性故障下的响应特性示意图；
图7是本发明实施例提供的扰动在瞬时性故障下的响应特性示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明实施例采用的一种架空柔直电网拓扑结构。其子模块采用半桥型结构。由于半桥型MMC不具备故障自清除能力，因此需要在线路两侧安装高压直流断路器来进行故障隔离。为限制故障电流的大小，在线路两侧安装限流电抗器。该系统为对称双极系统，架空线路采用频率依赖模型。
图2为本发明提出的一种提供的一种混合式高压直流断路器的结构示意图。对于混合式高压直流断路器，正常运行时，直流电流流过通流支路，以降低主断路器的通态损耗。直流故障发生后，直流故障电流逐渐换流至主断路器支路。当通流支路电流降为零时，快速隔离开关在零电流情况下断开，耗时2ms左右。随后主断路器中的IGBT关断，故障电流转移至耗能支路，由避雷器消耗故障能量。合闸时，由于主断路器支路通态电阻大，先导通主断路器支路以减小合闸瞬间电流。随后，闭合快速隔离开关和辅助断路器，直流电流转移至通流支路。
图3为本发明实施例提供的一种针对单极接地故障的基于扰动注入的架空柔直电网自适应重合闸方案，包含以下步骤：
(1)检测到直流短路故障信号，直流断路器分闸，经过一定延时保证故障线路去游离；
(2)健全极换流器向故障极线路注入一扰动信号；
(3)根据扰动在故障线路上的响应特性，判断故障性质，
当故障判别为永久性故障时，断路器不重合，并进行故障定位；
当故障判别为瞬时性故障时，则按原计划进行重合闸。
图4是本发明实施例提供的双极短路故障下扰动注入示意图。架空线OHL12发生双极短路故障，正负极断路器DCCB12均跳闸。当故障线路去游离后，正极线路的断路器DCCB12P开始闭合。由于负极断路器仍处于开断状态，即使故障为永久性故障，也构成不了故障电流的流通回路。此时，换流器MMC1输出的电压信号作为扰动信号，经DCCB12注入到正极故障线路OHL12P中。
图5是本发明实施例提供的正极接地故障下扰动注入示意图。架空线路OHL12发生正极接地故障，仅DCCB12P跳开。当故障线路去游离后，负极换流器输出一扰动信号。若故障为永久性故障，则该扰动信号将通过“金属回线-故障点”路径，最终进入正极线路OHL12P中。在此过程中，断路器不动作。
图6为本发明实施例提供的扰动在永久性故障下的响应特性。对于永久性故障而言，故障点C作为边界条件。从A点注入的扰动信号将会在故障点C发生折反射，由于C点等效波阻抗较小，因此C点的反射系数为负。若注入的扰动极性为正，则在该处产生的反射电压的极性为负，该反射电压返回至A点时，将会使得电压幅值下降。
图7为本发明实施例提供的扰动在瞬时性故障下的响应特性。对于瞬时性故障而言，无故障点作为边界条件。扰动信号将会一直向前传播，最终在线路末端B点发生折反射，由于B点等效波阻抗较大，因此B点的反射系数为正。若注入的扰动极性为正，则在该处产生的反射电压的极性为正，该反射电压返回至A点时，将会使得电压幅值上升。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于扰动注入的架空柔直电网自适应重合闸方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在直流电网发生短路故障且直流断路器动作后，经过预设延时保证故障线路去游离；
(2)向所述故障线路注入扰动；
(3)通过检测所述扰动在所述故障线路上的传播特性判断故障性质，
若为瞬时性故障，对故障线路进行重合闸操作；
若为永久性故障，不重合直流断路器，进行故障定位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直流断路器包括主支路、换流支路和耗能支路，所述换流支路作为所述扰动注入所述故障线路的通道。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述直流断路器包括ABB混合式直流断路器、耦合型机械直流断路器、负压耦合型机械直流断路器、级联全桥子模块混合型直流断路器。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扰动通过外部装置注入或者通过换流器对直流断路器主动控制得到；所述换流器的主动控制包括闭锁换流器、修改换流器双闭环矢量控制系统的外环控制的指令值、修改换流器双闭环矢量控制系统的内环控制的输出值、修改换流器双闭环矢量控制系统的底层阀控的输出信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述外部装置包括电池、LC震荡回路、buck电路、小型发电机。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扰动在所述故障线路上的传播特性包括电压极性、电压幅值、电流极性、行波特性。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述扰动注入期间，直流断路器开通预设时间，使得所述扰动能够进入到故障线路上。
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