CN110896209A - 柔性直流输电快速保护开关系统和使用方法 - Google Patents

Abstract

公开了柔性直流输电快速保护开关系统和使用方法，柔性直流输电快速保护开关系统中，等离子体喷射触发开关设置在柔性直流换流阀的直流侧，等离子体喷射触发开关为常开开关，机械开关设置在柔性直流换流阀的直流侧且并联等离子体喷射触发开关，机械开关为常开开关，在直流侧故障后消耗有功功率的斩波器电阻串联并联后的机械开关与等离子体喷射触发开关，其中，故障发生后，所述等离子体喷射触发开关首先关闭，机械开关再以相对慢的速度关闭。

Description

柔性直流输电快速保护开关系统和使用方法

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，特别是一种柔性直流输电快速保护开关系统和使用方法。

背景技术

柔性直流输电系统具有响应速度快、可控性好、运行方式灵活且易于扩展等优点，被认为是于可再生能源并网、分布式发电并网、孤岛供电等领域的有效解决方案。柔性直流输电系统在大扰动下的性能研究，特别是直流侧故障的故障清除策略，仍然缺乏有效的方案。直流侧短路故障是柔性直流输电系统最严重的故障之一。虽然适用于高压大容量场合的直流断路器的研发测试虽然已经取得了较大突破，但尚未在工程中广泛使用。因此，在不适用直流断路器的情况下，研究柔性直流系统发生直流侧短路故障的故障清除措施，提高直流输电系统的运行稳定性，具有重要的意义。

目前，对于柔性直流输电系统直流侧短路故障的清除方式主要分为三类。其一是采用分断交流断路器的方式，断开交直流系统的连接，以达到清除故障电流、保护换流阀的目的。但由于交流断路器动作速度慢，在未动作期间急剧增大的短路电流将严重影响交流系统的稳定性及换流阀的安全问题。其二是研究新型柔性直流子模块拓扑结构，例如半桥型HB-MMC型、双钳位型子模块等，从运行拓扑方面使得柔性直流输电系统具备清除直流侧故障的能力。但此方式通常需要增加较多的功率电力电子器件，且对于已经建成投运的柔性直流输电线路并不适用。其三是在换流阀的直流侧设置斩波器开关及斩波器电阻，当发生直流侧接地故障时，关闭斩波器开关，投入斩波器电阻以消耗有功功率，以达到限制故障点电流的目的。在换流阀的直流侧设置斩波器开关及斩波器电阻方式的保护效果取决于斩波器开关的动作速度。目前此方式通常使用快速机械式开关，动作时间一般在30ms左右。由于机械操动机构体积庞大，结构复杂，传动环节多，动作时间的缩短受到很大限制。而缩短动作时间能够缩短故障持续时间，快速恢复供电，能显著提高系统稳定性，具有显著的技术经济意义。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了柔性直流输电快速保护开关系统和使用方法，以提高柔性直流输电故障清除时斩波器电阻的投入速度。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。一种柔性直流输电快速保护开关系统包括，

柔性直流换流阀，

等离子体喷射触发开关，其设置在柔性直流换流阀的直流侧，等离子体喷射触发开关为常开开关，

机械开关，其设置在柔性直流换流阀的直流侧且并联等离子体喷射触发开关，机械开关为常开开关，

斩波器电阻，在直流侧故障后消耗有功功率的斩波器电阻串联并联后的机械开关与等离子体喷射触发开关，其中，故障发生后，所述等离子体喷射触发开关首先关闭，机械开关再以相对慢的速度关闭。

所述的柔性直流输电快速保护开关系统中，所述等离子体喷射触发开关包括带有等离子体喷射装置的气体火花开关。

所述的柔性直流输电快速保护开关系统中，所述等离子体喷射触发开关具有几微秒至几十微秒的动作时间。

所述的柔性直流输电快速保护开关系统中，所述等离子体喷射触发开关在5％-10％的工作系数下触发放电。

所述的柔性直流输电快速保护开关系统中，所述机械开关具有几毫秒至几十毫秒的动作时间。

所述的柔性直流输电快速保护开关系统中，所述等离子体喷射触发开关在电流转移至所述机械开关后自动熄弧打开。

所述的柔性直流输电快速保护开关系统中，所述斩波器电阻连接斩波器开关。

所述的柔性直流输电快速保护开关系统中，所述等离子体喷射触发开关关闭速度是机械开关关闭速度的十倍以上。

根据本发明的另一方面，一种所述柔性直流输电快速保护开关系统的使用方法包括以下步骤，

开启并联的机械开关与等离子体喷射触发开关；

发生故障后，斩波器电阻在直流侧故障后消耗有功功率；

所述等离子体喷射触发开关首先关闭，机械开关再以相对慢的速度关闭。

所述的使用方法中，等离子体喷射触发开关关闭速度为微秒级，机械开关关闭速度为毫秒级。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的斩波器电阻能够在几微秒至几十微秒之内投入线路，使有功功率快速通过所述新型快速保护开关系统在故障期间内被消耗，以最小化故障对输电系统的干扰。本发明的优点在于：结合了等离子体喷射触发开关动作速度快、工作系数低、工作稳定的特点及机械开关的高可靠性、高载流量的特点，所提出的新型保护开关系统能够在几微秒至几十微秒的动作时间内限制故障电流。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是本发明一种柔性直流输电快速保护开关系统的示意图；

图2是本发明使用方法的步骤示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1至图2更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，如图1所示，一种柔性直流输电快速保护开关系统包括，柔性直流换流阀1，

等离子体喷射触发开关2，其设置在柔性直流换流阀1的直流侧，等离子体喷射触发开关2为常开开关，

机械开关3，其设置在柔性直流换流阀1的直流侧且并联等离子体喷射触发开关2，机械开关3为常开开关，

斩波器电阻4，在直流侧故障后消耗有功功率的斩波器电阻4串联并联后的机械开关3与等离子体喷射触发开关2，其中，故障发生后，所述等离子体喷射触发开关2首先关闭，机械开关3再以相对慢的速度关闭。

本发明由等离子体喷射触发开关2和机械开关3并联后与斩波器电阻4串联，将整个快速保护开关系统与柔性直流换流阀1并联连接。当故障发生后，等离子体喷射触发开关2首先关闭，机械开关3再以相对慢的速度关闭，从而将斩波器电阻4快速投入线路吸收有功功率。本发明将动作速度快、工作系数低、工作稳定的等离子体喷射触发开关2与高可靠性、高载流量的机械开关3并联，在故障发生后大大降低将斩波器电阻4投入线路的动作时间，能够在几微秒至几十微秒的动作时间内限制故障电流，以最小化柔性直流输电系统故障对输电系统的干扰。

所述的柔性直流输电快速保护开关系统的优选实施例中，所述等离子体喷射触发开关2包括带有等离子体喷射装置的气体火花开关。

所述的柔性直流输电快速保护开关系统的优选实施例中，所述等离子体喷射触发开关2具有几微秒至几十微秒的动作时间。

所述的柔性直流输电快速保护开关系统的优选实施例中，所述等离子体喷射触发开关2在5％-10％的工作系数下触发放电。

所述的柔性直流输电快速保护开关系统的优选实施例中，所述机械开关3具有几毫秒至几十毫秒的动作时间。

所述的柔性直流输电快速保护开关系统的优选实施例中，所述等离子体喷射触发开关2在电流转移至所述机械开关3后自动熄弧打开。

所述的柔性直流输电快速保护开关系统的优选实施例中，所述斩波器电阻4连接斩波器开关。

所述的柔性直流输电快速保护开关系统的优选实施例中，所述等离子体喷射触发开关2关闭速度是机械开关3关闭速度的十倍以上。

为了进一步理解本发明，在一个实施例中，系统中，所述等离子体喷射触发开关2与机械开关3均被设置在柔性直流换流阀1的直流侧；所述等离子体喷射触发开关2、所述机械开关3为常开开关；所述等离子体开关与所述机械开关3并联后，在与所述斩波器电阻4串联；所述斩波器电阻4，用于在直流侧故障后消耗有功功率；故障发生后，所述等离子体喷射触发开关2首先关闭，机械开关3再以相对慢的速度关闭。进一步地，所述等离子体喷射触发开关2为带有等离子体喷射装置的气体火花开关。

如图2所示，一种所述柔性直流输电快速保护开关系统的使用方法包括以下步骤，

开启并联的机械开关3与等离子体喷射触发开关2；

发生故障后，斩波器电阻4在直流侧故障后消耗有功功率；

所述等离子体喷射触发开关2首先关闭，机械开关3再以相对慢的速度关闭。

所述的使用方法的优选实施方式中，等离子体喷射触发开关2关闭速度为微秒级，机械开关3关闭速度为毫秒级。

工业实用性

本发明所述的柔性直流输电快速保护开关系统1柔性直流输电快速保护开关系统1和使用方法可以在柔性直流输电领域制造并使用。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种柔性直流输电快速保护开关系统，其包括，

柔性直流换流阀，

等离子体喷射触发开关，其设置在柔性直流换流阀的直流侧，等离子体喷射触发开关为常开开关，

机械开关，其设置在柔性直流换流阀的直流侧且并联等离子体喷射触发开关，机械开关为常开开关，

斩波器电阻，在直流侧故障后消耗有功功率的斩波器电阻串联并联后的机械开关与等离子体喷射触发开关，其中，故障发生后，所述等离子体喷射触发开关首先关闭，机械开关再以相对慢的速度关闭。

2.如权利要求1所述的柔性直流输电快速保护开关系统，其中，优选的，所述等离子体喷射触发开关包括带有等离子体喷射装置的气体火花开关。

3.如权利要求1所述的柔性直流输电快速保护开关系统，其中，所述等离子体喷射触发开关具有几微秒至几十微秒的动作时间。

4.根据权利要求1所述的柔性直流输电快速保护开关系统，其中，所述等离子体喷射触发开关在5％-10％的工作系数下触发放电。

5.如权利要求1所述的柔性直流输电快速保护开关系统，其中，所述机械开关具有几毫秒至几十毫秒的动作时间。

6.如权利要求1所述的柔性直流输电快速保护开关系统，其中，所述等离子体喷射触发开关在电流转移至所述机械开关后自动熄弧打开。

7.如权利要求1所述的柔性直流输电快速保护开关系统，其中，所述斩波器电阻连接斩波器开关。

8.如权利要求1所述的柔性直流输电快速保护开关系统，其中，所述等离子体喷射触发开关关闭速度是机械开关关闭速度的十倍以上。

9.一种权利要求1-8中任一项所述柔性直流输电快速保护开关系统的使用方法，其包括以下步骤，

开启并联的机械开关与等离子体喷射触发开关；

发生故障后，斩波器电阻在直流侧故障后消耗有功功率；

所述等离子体喷射触发开关首先关闭，机械开关再以相对慢的速度关闭。

10.如权利要求9所述的使用方法，其中，等离子体喷射触发开关关闭速度为微秒级，机械开关关闭速度为毫秒级。

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