CN111817268B - 故障处理方法、故障处理装置和直流输电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种故障处理方法、故障处理装置和直流输电系统。其中，方法包括：响应于直流输电系统的故障信号，关断直流断路器；经过去游离时长后导通固态开关支路；获取直流输电系统的输电线路的电压和电流；确定电压和电流的比值；根据比值确定直流输电系统的故障状态；根据故障状态控制直流断路器。从而在去游离结束之后对故障状态进行识别，仅在判断为瞬时性故障后进行重合闸，判断为永久性故障后不再进行重合闸，直接闭锁故障极换流器，在不产生额外电压、电流冲击的情况下，仅利用电气量实现直流断路器的自适应重合闸，有效避免重合闸于永久性故障对输电系统造成的二次冲击，提升直流输电系统安全性。

Description

故障处理方法、故障处理装置和直流输电系统

技术领域

本发明涉及直流输电系统技术领域，具体而言，涉及一种直流输电系统的故障处理方法、一种直流输电系统的故障处理装置和一种直流输电系统。

背景技术

柔性直流输电技术具有损耗小、有功无功可以独立快速控制、没有换相失败问题等优点，具有广阔的发展前景。在已经投运的柔性直流输电工程中，普遍采用基于半桥型子模块的模块化多电平换流器。运行中的直流架空输电线路易发生故障，线路故障后会导致故障电流迅速上升，危害设备安全。在线路两端加装混合式直流断路器能快速切断故障电流。线路故障可以分为两类，瞬时性故障和永久性故障，在故障点熄弧后瞬时性故障消失，永久性故障则持续存在。由于实际运行中线路上发生瞬时性故障的概率高于发生永久性故障的概率，混合式直流断路器在切除故障电流后，会自动进行重合闸操作以期快速恢复运行。但对于永久性故障则会再次产生故障电流，危害设备安全，不利于系统稳定。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明第一方面在于提出了一种直流输电系统的故障处理方法。

本发明的第二方面在于提出了一种直流输电系统的故障处理装置。

本发明的第三方面在于提出了一种直流输电系统。

有鉴于此，根据本发明的第一方面，提出了一种直流输电系统的故障处理方法，直流输电系统包括直流断路器，直流断路器包括载流支路、固态开关支路和缓冲吸收支路，方法包括：响应于直流输电系统的故障信号，关断直流断路器；经过去游离时长后导通固态开关支路；获取直流输电系统的输电线路的电压和电流；确定电压和电流的比值；根据比值确定直流输电系统的故障状态；根据故障状态控制直流断路器。

本发明提供的直流输电系统的故障处理方法，在线路发生故障后导通固态开关支路的功率器件，故障电流从载流支路转移至固态开关支路，然后先后关断载流支路开关和固态开关支路的功率器件，由与功率器件并联的缓冲吸收支路吸收能量，从而完成关断直流断路器，使故障电流降为零，之后等待预设的去游离时长，以保证瞬时性故障下故障点熄弧及绝缘恢复，导通固态开关支路的部分功率器件，以使缓冲吸收支路未导通部分两端承受电压刚好大于其启动电压，此时检测输电线路的电压和电流，根据电压和电流的比值确定直流输电系统的故障状态识别出直流输电系统的故障状态，其中，故障状态包括瞬时性故障和永久性故障，并根据故障状态确定是否进行断路器重合闸操作。从而在去游离结束之后对故障状态进行识别，仅在判断为瞬时性故障后进行重合闸，判断为永久性故障后不再进行重合闸，直接闭锁故障极换流器，隔离故障线路，在不产生额外电压、电流冲击的情况下，仅利用电气量实现直流断路器的自适应重合闸，避免资源浪费，同时有效避免永久性故障下直接导通固态开关支路造成的电压电流冲击，有利于保障设备安全和提高系统稳定性。

其中，去游离时长可根据直流输电线路绝缘恢复特征及定电压设定值合理设置。

进一步地，关断直流断路器使输电线路的电压、电流降至零，但考虑到输电系统的误差，若电流下降至预设电流值，则确定断路器已经切断故障电流，此时开始计时并等待去游离时长，进而提高故障状态判断准确度。

具体地，载流支路包括串联连接的机械开关和负荷换流开关，且载流支路与固态开关支路并联连接。

另外，根据本发明提供的上述技术方案中的直流输电系统的故障处理方法，还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，进一步地，根据比值确定直流输电系统的故障状态的步骤，具体包括：基于比值大于故障阈值，则确定故障状态为瞬时性故障；基于比值小于或等于故障阈值，则开始计时比值小于或等于故障阈值的时长，以及基于时长大于时长阈值，则确定故障类型为永久性故障。

在该技术方案中，固态开关支路中的部分功率器件模块导通后，根据缓冲吸收支路的伏安特性，缓冲吸收支路上会产生较小的初始电流，对于瞬时性故障，初始电流对线路进行充电，线路电压开始增大，缓冲吸收支路两端电压减小，流过的电流也开始减小，直到线路电压达到导通缓冲吸收支路的避雷器额定电压之和，电流接近零，对于永久性故障，由于线路上故障点的存在，线路电压被钳位，保持在零附近，缓冲吸收支路两端电压变化较小，因此流过的电流也较小，此时过渡电阻较小时，电压接近零，当过渡电阻较大时，考虑线路两端初始电流的作用，近似有：u_DC＝R_f×2i_DC，其中，u_DC表示输电线路的电压，i_DC表示输电线路的电流，R_f表示过渡电阻，也即线路电压和电流在不同故障状态下将表现出不同的特征，瞬时性故障下电压和电流的比值将不断增大，低阻永久性故障下电压和电流的比值接近零，高阻永久故障下电压和电流的比值接近2R_f。若电压和电流的比值大于故障阈值，说明故障已消失，则判断为瞬时性故障，可进行直流断路器重合闸操作，恢复直流输电系统正常运行，便于直流输电系统的暂态稳定，保证供电可靠性；若电压和电流的比值小于或等于故障阈值，且持续的时长大于时长阈值，说明故障点仍然存在，进而识别出直流输电系统的故障状态为永久性故障，需要闭锁直流电输电系统的故障极，从而利用输电线路出口的电压和电流的比值准确识别线路故障状态，实现直流输电系统故障自适应恢复，提高对高阻故障的灵敏性，对故障状态判断的可靠性高，有效避免断路器重合闸于永久性故障对输电系统造成的二次冲击，提升直流输电系统安全性。

在上述任一技术方案中，进一步地，根据故障类型控制直流断路器的步骤，具体包括：基于故障类型为瞬时性故障，控制直流断路器重合闸；基于故障类型为永久性故障，关断固态开关支路。

在该技术方案中，在确定故障状态为瞬时性故障后，故障点已被修复，控制断路器重合闸，从而及时恢复直流输电系统的正常运行，保证供电可靠性；在确定故障状态为永久性故障后，重新关断固态开关支路中的功率器件模块，从而确保断路器维持在能够切断故障电流的状态，有效避免断路器重合闸于永久性故障对输电系统造成的二次冲击，延长直流输电系统使用寿命。

在上述任一技术方案中，进一步地，固态开关支路和缓冲吸收支路并联连接，固态开关支路包括n级级联的功率器件模块，缓冲吸收支路包括n级级联的避雷器；导通固态开关支路的步骤，具体包括：获取直流输电系统的额定电压和n级级联的避雷器中每一级避雷器的启动电压；根据额定电压和启动电压，确定功率器件模块的导通数量；根据导通数量控制对应的功率器件模块导通。

在该技术方案中，根据直流输电系统的额定电压和与其并联的n级级联的避雷器中每一级避雷器的启动电压，确定功率器件模块的导通数量，并控制导通数量N对应的1～N级功率器件模块导通，从而使剩余未导通的功率器件模块对应的避雷器两端承受电压刚好大于其启动电压，并在缓冲吸收支路产生较小的初始电流，进而对线路进行充电，使电流和电压产生变化，以便于后续根据电压和电流的比值判断直流输电系统的故障状态，并以此为依据实现直流断路器的自适应重合闸，避免资源浪费，同时有效避免重启于永久性故障对输电系统造成的二次冲击，提升直流输电系统安全性，延长使用寿命。

具体地，计算功率器件模块的导通数量采用如下公式：

其中，U_dcN为直流输电系统的额定电压，U_AO为每级避雷器的启动电压，N为导通数量。

在上述任一技术方案中，进一步地，控制断路器重合闸的步骤，具体包括：导通固态开关支路中所有的功率器件模块；基于电流上升至电流阈值，则导通载流支路，并关断固态开关支路。

在该技术方案中，若为瞬时性故障，导通故障状态识别步骤中固态开关支路剩余的未被导通的功率器件模块，以使固态开关支路中所有的功率器件模块均处于导通状态，此时若电流上升至电流阈值，说明电流已恢复正常，则导通载流支路，并关断固态开关支路中所有的功率器件模块，以进行换流，从而完成直流断路器重合闸操作，使直流输电系统的恢复正常运行，保证供电可靠性。

在上述任一技术方案中，进一步地，直流输电系统还包括隔离开关；关断固态开关支路的步骤之后，还包括：获取直流输电系统的故障位置；根据故障位置确定并闭锁直流输电系统的故障极；根据故障位置控制隔离开关，以隔离故障输电线路。

在该技术方案中，在确认永久性故障并关断固态开关支路后，定位故障的位置，根据故障位置控制隔离开关将故障线路隔离，并将永久性故障信号、故障的位置发送至安稳控制系统，以便于快速切除直流输电系统故障，提升直流输电系统的实用性。

在上述任一技术方案中，进一步地，根据故障位置控制隔离开关的步骤之后，还包括：输出永久性故障的信号、故障位置和故障极。

在该技术方案中，在确定永久性故障且成功隔离故障的输电线路后，向管理终端发送永久性故障的信号、故障位置和故障极，以便于管理者及时进行维修，提升故障处理效率。

在上述任一技术方案中，进一步地，根据比值确定直流输电系统的故障类型的步骤之前，还包括：获取直流输电系统的过渡电阻；根据过渡电阻和预设可靠系数，确定故障阈值。

在该技术方案中，获取系统预存或用户设定的过渡电阻，根据过渡电阻和预设可靠系数计算故障阈值，从而针对瞬时性故障和永久性故障合理选择故障阈值，提高对低阻、高阻故障判断的灵敏性，避免故障状态的误判，提高故障判断的可靠性。

具体地，计算故障阈值采用如下公式：

Z_set＝k_rel×2R_fmax

其中，Z_set为故障阈值，k_rel为可靠系数，k_rel＞1，R_fmax为过渡电阻的最大值。

根据本发明的第二方面，提出了一种直流输电系统的故障处理装置，包括存储器、处理器，存储器储存有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一项的直流输电系统的故障处理方法。因此该直流输电系统的故障处理装置具备第一方面提出的直流输电系统的故障处理方法的全部有益效果。

根据本发明的第三方面，提出了一种直流输电系统，包括：直流断路器，直流断路器配置为适于切断故障电流，直流断路器包括载流支路、固态开关支路和缓冲吸收支路；换流器，换流器包括整流侧换流器和逆变侧换流器；输电线路，输电线路与换流器和直流断路器连接；检测组件，配置为适于检测输电线路的电压和电流；以及第二方面提出的直流输电系统的故障处理装置，故障处理装置与直流断路器、换流器和检测组件电连接。

本发明提供的直流输电系统，在线路发生故障后导通固态开关支路的功率器件，故障电流从载流支路转移至固态开关支路，然后先后关断载流支路开关和固态开关支路的功率器件，由与功率器件并联的缓冲吸收支路未导通部分吸收能量，从而完成关断直流断路器，使故障电流降为零，之后等待预设的去游离时长，以保证瞬时性故障下故障点熄弧及绝缘恢复，导通固态开关支路的部分功率器件，以使缓冲吸收支路两端承受电压刚好大于其启动电压，此时检测输电线路的电压和电流，根据电压和电流的比值确定直流输电系统的故障状态识别出直流输电系统的故障状态，其中，故障状态包括瞬时性故障和永久性故障，并根据故障状态确定是否进行断路器重合闸操作。从而在去游离结束之后对故障状态进行识别，仅在判断为瞬时性故障后进行重合闸，判断为永久性故障后不再进行重合闸，直接闭锁故障极换流器，隔离故障线路，在不产生额外电压、电流冲击的情况下，仅利用电气量实现直流断路器的自适应重合闸，避免资源浪费，同时有效避免永久性故障下直接导通固态开关支路造成的电压电流冲击，有利于保障设备安全和提高系统稳定性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了本发明一个实施例的直流输电系统的故障处理方法流程示意图；

图2示出了本发明又一个实施例的直流输电系统的故障处理方法流程示意图；

图3示出了本发明又一个实施例的直流输电系统的故障处理方法流程示意图；

图4示出了本发明又一个实施例的直流输电系统的故障处理方法流程示意图；

图5示出了本发明又一个实施例的直流输电系统的故障处理方法流程示意图；

图6示出了本发明一个具体实施例的直流输电系统的故障处理方法流程示意图；

图7示出了本发明一个实施例的直流输电系统的故障处理装置示意框图；

图8示出了本发明一个具体实施例的柔性直流输电系统的拓扑图；

图9示出了本发明一个具体实施例的直流断路器的结构示意图；

图10示出了本发明一个具体实施例的直流输电系统输电线路的电压和电流的比值变化示意图；

图11示出了本发明一个具体实施例的瞬时性故障下输电线路的电压变化示意图；

图12示出了本发明一个具体实施例的瞬时性故障下输电线路的电流变化示意图；

图13示出了本发明一个具体实施例的永久性故障下输电线路的电压变化示意图；

图14示出了本发明一个具体实施例的永久性故障下输电线路的电流变化示意图。

其中，图9中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

820载流支路，840固态开关支路，860缓冲吸收支路，842功率器件模块，862避雷器。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图14描述根据本发明一些实施例的故障处理方法、故障处理装置、直流输电系统。

实施例一

如图1所示，根据本发明第一方面的实施例，提出了一种直流输电系统的故障处理方法，其中，直流输电系统包括直流断路器，如图9所示，直流断路器包括载流支路820、固态开关支路840和缓冲吸收支路860，该方法包括：

步骤102，响应于直流输电系统的故障信号，关断直流断路器；

步骤104，经过去游离时长后导通固态开关支路；

步骤106，获取直流输电系统的输电线路的电压和电流；

步骤108，确定电压和电流的比值；

步骤110，根据比值确定直流输电系统的故障状态；

步骤112，根据故障状态控制直流断路器。

在该实施例中，在线路发生故障后导通固态开关支路的功率器件，故障电流从载流支路转移至固态开关支路，然后先后关断载流支路开关和固态开关支路的功率器件，由与功率器件并联的缓冲吸收支路未导通部分吸收能量，从而完成关断直流断路器，使故障电流降为零，之后等待预设的去游离时长，以保证瞬时性故障下故障点熄弧及绝缘恢复，导通固态开关支路的部分功率器件，以使缓冲吸收支路两端承受电压刚好大于其启动电压，此时检测输电线路的电压和电流，根据电压和电流的比值确定直流输电系统的故障状态识别出直流输电系统的故障状态，其中，故障状态包括瞬时性故障和永久性故障，并根据故障状态确定是否进行断路器重合闸操作。从而在去游离结束之后对故障状态进行识别，仅在判断为瞬时性故障后进行重合闸，判断为永久性故障后不再进行重合闸，直接闭锁故障极换流器，隔离故障线路，在不产生额外电压、电流冲击的情况下，仅利用电气量实现直流断路器的自适应重合闸，避免资源浪费，同时有效避免永久性故障下直接导通固态开关支路造成的电压电流冲击，有利于保障设备安全和提高系统稳定性。其中，去游离时长可根据直流输电线路绝缘恢复特征及定电压设定值合理设置。

具体地，关断直流断路器使输电线路的电压、电流降至零，但考虑到输电系统的误差，若电流下降至电流阈值，则确定断路器已经切断故障电流，此时开始计时并等待去游离时长，进而提高故障状态判断准确度。

实施例二

如图2所示，根据本发明的一个实施例，提出了一种直流输电系统的故障处理方法，其中，直流输电系统包括直流断路器，如图9所示，直流断路器包括载流支路820、固态开关支路840和缓冲吸收支路860，该方法包括：

步骤202，响应于直流输电系统的故障信号，关断直流断路器；

步骤204，经过去游离时长后导通固态开关支路；

步骤206，获取直流输电系统的输电线路的电压和电流；

步骤208，确定电压和电流的比值；

步骤210，比值是否大于故障阈值，若是，进入步骤212，若否，进入步骤214；

步骤212，确定故障状态为瞬时性故障；

步骤214，开始计时比值小于或等于故障阈值的时长；

步骤216，时长是否大于时长阈值，若是，进入步骤218，若否，进入步骤214；

步骤218，确定故障类型为永久性故障；

步骤220，根据故障状态控制直流断路器。

在该实施例中，固态开关支路中的部分功率器件模块导通后，根据缓冲吸收支路的伏安特性，缓冲吸收支路上会产生较小的初始电流，对于瞬时性故障，初始电流对线路进行充电，线路电压开始增大，缓冲吸收支路两端电压减小，流过的电流也开始减小，直到线路电压达到导通缓冲吸收支路的避雷器额定电压之和，电流接近零，对于永久性故障，由于线路上故障点的存在，线路电压被钳位，保持在零附近，缓冲吸收支路两端电压变化较小，因此流过的电流也较小，此时过渡电阻较小时，电压接近零，当过渡电阻较大时，考虑线路两端初始电流的作用，近似有：u_DC＝R_f×2i_DC，其中，u_DC表示输电线路的电压，i_DC表示输电线路的电流，R_f表示过渡电阻，也即线路电压和电流在不同故障状态下将表现出不同的特征，瞬时性故障下电压和电流的比值将不断增大，低阻永久性故障下电压和电流的比值接近零，高阻永久故障下电压和电流的比值接近2R_f。若电压和电流的比值大于故障阈值，说明故障已消失，则判断为瞬时性故障，可进行直流断路器重合闸操作，恢复直流输电系统正常运行，便于直流输电系统的暂态稳定，保证供电可靠性；若电压和电流的比值在预设的时长阈值内小于或等于故障阈值，说明故障点仍然存在，进而识别出直流输电系统的故障状态为永久性故障，需要闭锁直流电输电系统的故障极，从而利用输电线路出口的电压和电流的比值准确识别线路故障状态，实现直流输电系统故障自适应恢复，提高对高阻故障的灵敏性，对故障状态判断的可靠性高，有效避免断路器重合闸于永久性故障对输电系统造成的二次冲击，提升直流输电系统安全性，延长使用寿命。

进一步地，根据比值确定直流输电系统的故障类型的步骤之前，还包括：获取直流输电系统的过渡电阻；根据过渡电阻和预设可靠系数，确定故障阈值。具体地，计算故障阈值采用如下公式：

Z_set＝k_rel×2R_fmax

其中，Z_set为故障阈值，k_rel为可靠系数，k_rel＞1，R_fmax为过渡电阻的最大值。从而针对瞬时性故障和永久性故障合理选择故障阈值，提高对低阻、高阻故障判断的灵敏性，避免故障状态的误判，提高故障判断的可靠性。

实施例三

如图3所示，根据本发明的一个实施例，提出了一种直流输电系统的故障处理方法，其中，直流输电系统包括直流断路器，如图9所示，直流断路器包括载流支路820、固态开关支路840和缓冲吸收支路860，该方法包括：

步骤302，响应于直流输电系统的故障信号，关断直流断路器；

步骤304，经过去游离时长后导通固态开关支路；

步骤306，获取直流输电系统的输电线路的电压和电流；

步骤308，确定电压和电流的比值；

步骤310，比值是否大于故障阈值，若是，进入步骤312，若否，进入步骤314；

步骤312，确定故障状态为瞬时性故障，并控制直流断路器重合闸；

步骤314，开始计时比值小于或等于故障阈值的时长；

步骤316，时长是否大于时长阈值，若是，进入步骤318，若否，进入步骤314；

步骤318，确定故障类型为永久性故障，关断固态开关支路。

在该实施例中，在确定故障状态为瞬时性故障后，故障点已被修复，控制断路器重合闸，从而及时恢复直流输电系统的正常运行，保证供电可靠性；在确定故障状态为永久性故障后，重新关断固态开关支路中的功率器件模块，从而确保断路器维持在能够切断故障电流的状态，有效避免断路器重合闸于永久性故障对输电系统造成的二次冲击，提升直流输电系统安全性。

实施例四

如图4所示，根据本发明的一个实施例，提出了一种直流输电系统的故障处理方法，其中，直流输电系统包括直流断路器，如图9所示，直流断路器包括载流支路820、固态开关支路840和缓冲吸收支路860，固态开关支路840和缓冲吸收支路860并联连接，固态开关支路840包括n级级联的功率器件模块842，缓冲吸收支路860包括n级级联的避雷器862；该方法包括：

步骤402，响应于直流输电系统的故障信号，关断直流断路器；

步骤404，经过去游离时长后获取直流输电系统的额定电压和n级级联的避雷器中每一级避雷器的启动电压；

步骤406，根据额定电压和启动电压，确定功率器件模块的导通数量；

步骤408，根据导通数量控制对应的功率器件模块导通；

步骤410，获取直流输电系统的输电线路的电压和电流；

步骤412，确定电压和电流的比值；

步骤414，比值是否大于故障阈值，若是，进入步骤416，若否，进入步骤422；

步骤416，确定故障状态为瞬时性故障，并导通固态开关支路中所有的功率器件模块；

步骤418，电流是否上升至电流阈值，若是，进入步骤420，若否，重复步骤418；

步骤420，导通载流支路，并关断固态开关支路；

步骤422，开始计时比值小于或等于故障阈值的时长；

步骤424，时长是否大于时长阈值，若是，进入步骤426，若否，进入步骤422；

步骤426，确定故障类型为永久性故障，关断固态开关支路。

在该实施例中，根据直流输电系统的额定电压和与其并联的n级级联的避雷器中每一级避雷器的启动电压，确定功率器件模块的导通数量，并控制导通数量N对应的1～N级功率器件模块导通，从而使剩余未导通的功率器件模块对应的避雷器两端承受电压刚好大于其启动电压，并在缓冲吸收支路产生较小的初始电流，进而对线路进行充电，使电流和电压产生变化，以便于后续根据电压和电流的比值判断直流输电系统的故障状态，并以此为依据实现直流断路器的自适应重合闸，避免资源浪费，同时有效避免重启于永久性故障对输电系统造成的二次冲击，提升直流输电系统安全性，延长使用寿命。若为瞬时性故障，导通故障状态识别步骤中固态开关支路剩余的未被导通的功率器件模块，以使固态开关支路中所有的功率器件模块均处于导通状态，此时若电流上升至电流阈值，说明电流已恢复正常，则导通载流支路，并关断固态开关支路中所有的功率器件模块，以进行换流，从而完成直流断路器重合闸操作，使直流输电系统的恢复正常运行，保证供电可靠性。

具体地，计算功率器件模块的导通数量采用如下公式：

其中，U_dcN为直流输电系统的额定电压，U_AO为每级避雷器的启动电压，N为导通数量。

实施例五

如图5所示，根据本发明的一个实施例，提出了一种直流输电系统的故障处理方法，其中，直流输电系统包括直流断路器，如图9所示，直流断路器包括载流支路820、固态开关支路840和缓冲吸收支路860，该方法包括：

步骤502，响应于直流输电系统的故障信号，关断直流断路器；

步骤504，经过去游离时长后导通固态开关支路；

步骤506，获取直流输电系统的输电线路的电压和电流；

步骤508，确定电压和电流的比值；

步骤510，比值是否大于故障阈值，若是，进入步骤512，若否，进入步骤514；

步骤512，确定故障状态为瞬时性故障，并控制直流断路器重合闸；

步骤514，开始计时比值小于或等于故障阈值的时长；

步骤516，时长是否大于时长阈值，若是，进入步骤518，若否，进入步骤514；

步骤518，确定故障类型为永久性故障，关断固态开关支路；

步骤520，获取直流输电系统的故障位置；

步骤522，根据故障位置确定并闭锁直流输电系统的故障极；

步骤524，根据故障位置控制直流输电系统的隔离开关隔离故障输电线路。

在该实施例中，在关断固态开关支路后，定位故障的位置，根据故障位置控制隔离开关将故障线路隔离，并将永久性故障信号、故障的位置发送至安稳控制系统，以便于快速切除输电系统故障，提升直流输电系统的实用性。

进一步地，在确定永久性故障且成功隔离故障的输电线路后，向管理终端发送永久性故障的信号、故障位置和故障极，以便于管理者及时进行维修，提升故障处理效率。

实施例六

如图6所示，根据本发明的一个具体实施例，提出了一种直流输电线路故障自适应恢复方法，其中，如图8所示，柔性直流输电系统为对称双极系统，两端柔性直流输电系统中模块化多电平换流器(MMC)采用半桥型子模块，两端的混合式直流断路器采用ABB技术结构，如图9所示，混合式直流断路器由载流支路820、固态开关支路840、缓冲吸收支路860并联组成，固态开关支路由n级级联的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块组成，缓冲吸收支路由n级级联的避雷器862组成，该方法包括：

步骤602，线路是否故障，若是，进入步骤604，若否，重复步骤602；

步骤604，断路器动作；

步骤606，线路电流i_dc的绝对值是否小于预设电流I_th，若是，进入步骤608，若否，重复步骤606；

步骤608，等待去游离时间t_d；

步骤610，导通固态开关模块的N个模块；

步骤612，线路电压u_DC和电路电流i_DC的比值是否大于电流阈值Z_set，若是，进入步骤614，若否，进入步骤618；

步骤614，瞬时性故障，导通剩余模块；

步骤616，导通载流支路，关断固态开关支路；

步骤618，持续时间t是否大于预设时长t_set，若是，进入步骤620，若否，进入步骤612；

步骤620，永久性故障，重新关断导通模块；

步骤622，闭锁故障极。

在该实施例中，检测到直流线路发生故障后迅速断开直流断路器，具体地，首先导通固态开关支路开关模块，故障电流从载流支路转移至固态开关支路；然后断开载流支路开关；最后关断固态开关支路开关模块，由与其并联的避雷器吸收能量，故障电流降为零，直流电压、电流迅速降至零。等待去游离时间t_d，保证瞬时性故障下故障点熄弧及绝缘恢复。导通固态开关支路中的1～N级模块，k的取值如下式

其中，U_dcN为直流系统额定电压，U_AO为每级避雷器启动电压，即使得剩余未导通模块中避雷器两端承受电压刚好大于其启动电压。考虑电压等级为U_dcN＝±500kV，混合式直流断路器固态开关支路级数n＝5，启动电压U_AO＝110kV，识别的最大过渡电阻为R_f＝1000Ω，k_rel＝1.2，计算得N＝1，Z_set＝2400Ω。重合固态开关支路第1级开关模块，此时根据避雷器的伏安特性，避雷器支路上会产生较小的初始电流。对于瞬时性故障，初始电流对线路进行充电，线路电压开始增大，避雷器两端电压减小，流过的电流也开始减小，直到线路电压达到导通开关模块避雷器额定电压之和，电流接近零。对于永久性故障，由于线路上故障点的存在，线路电压被钳位，保持在零附近，避雷器两端电压变化较小，因此流过的电流也较小。当永久性故障过渡电阻R_f很小时，电压接近零；当过渡电阻R_f很大时，考虑线路两端初始电流的作用，近似有：

u_DC＝R_f×2i_DC

因此，线路电压和电流在不同故障状态下将表现出不同的特征，瞬时性故障下电压/电流的比值将不断增大，低阻永久性故障下电压/电流的比值接近零，高阻永久故障下电压/电流的比值接近2R_f。得到故障状态识别判据如下：

其中，其中Z_set为门槛值(故障阈值)，根据能识别最大过渡电阻的两倍乘以大于1的可靠系数进行整定，即：Z_set＝k_rel×2R_fmax，可靠系数k_rel＞1。

实时测量线路电压电流，计算二者的比值，若比值大于Z_set则判定为瞬时性故障，若在设定时间内比值一直小于Z_set则判定为永久性故障。若为瞬时性故障，导通剩余开关模块中的开关器件，待电流恢复正常后导通载流支路、关断固态开关支路进行换流，完成混合式直流断路器重合闸。若为永久性故障，重新关断导通开关模块的开关器件，闭锁故障极，并隔离故障线路进行检修。

该方法在去游离结束之后对故障状态进行识别，仅在判断为瞬时性故障后进行重合闸，判断为永久性故障后不再进行重合闸，直接闭锁故障极换流器，隔离故障线路。能在不产生额外电压电流冲击的情况下仅利用本端电气量实现混合式直流断路器的自适应重合闸，解决采用混合式直流断路器的柔性直流输电线路故在线路发生永久性故障时仍然进行盲目重合闸的问题。并且对该方法进行建模验证，得到不同故障状态下导通1级开关模块后线路电压/电流比值变化情况如图10所示，利用比值判据能正确识别故障状态。按图6的流程进一步得到瞬时性故障下直流输电系统R1处的线路电压、电流结果如图11和图12所示，以及永久性故障下R1处的线路电压、电流结果分别如图13和图14所示，也即该方法正确实现了混合式直流断路器的自适应重合闸。

实施例七

如图7所示，根据本发明第二方面的实施例，提出了一种直流输电系统的故障处理装置700，包括存储器702和处理器704，存储器702存储有计算机程序，处理器704执行计算机程序时执行上述任一实施例的直流输电系统的故障处理方法。因此该直流输电系统的故障处理装置700具备上述任一实施例的直流输电系统的故障处理方法的全部有益效果。

实施例八

根据本发明第三方面的实施例，提出了一种直流输电系统，包括：直流断路器、换流器、输电线路、检测组件及上述第二方面实施例提出的直流输电系统的故障处理装置。

具体地，直流断路器配置为适于切断故障电流，直流断路器包括载流支路、固态开关支路和缓冲吸收支路，换流器包括整流侧换流器和逆变侧换流器，输电线路与换流器和直流断路器连接，检测组件配置为适于检测输电线路的电流和电压，直流输电系统的故障处理装置与直流断路器、换流器和检测组件电连接。

本实施例提供的直流输电系统，在线路发生故障后导通固态开关支路的功率器件，故障电流从载流支路转移至固态开关支路，然后先后断开载流支路开关，并关断固态开关支路的功率器件，由与功率器件并联的缓冲吸收支路未导通部分吸收能量，从而关断直流断路器，使故障电流降为零。之后等待预设的去游离时长，以保证瞬时性故障下故障点熄弧及绝缘恢复，导通固态开关支路的部分功率器件，以使缓冲吸收支路两端承受电压刚好大于其启动电压，此时根据比值确定直流输电系统的故障状态识别出直流输电系统的故障状态，其中，故障状态包括瞬时性故障和永久性故障，根据故障状态确定是否进行断路器重合闸操作。从而在去游离结束之后对故障状态进行识别，仅在判断为瞬时性故障后进行重合闸，判断为永久性故障后不再进行重合闸，直接闭锁故障极换流器，隔离故障线路，在不产生额外电压、电流冲击的情况下，仅利用电气量实现直流断路器的自适应重合闸，避免资源浪费，同时有效避免重启于永久性故障对输电系统造成的二次冲击，提升直流输电系统安全性，延长使用寿命。

在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，除非另有明确的规定和限定；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种直流输电系统的故障处理方法，所述直流输电系统包括直流断路器，所述直流断路器包括载流支路、固态开关支路和缓冲吸收支路，所述固态开关支路和所述缓冲吸收支路并联连接，所述固态开关支路包括n级级联的功率器件模块，所述缓冲吸收支路包括n级级联的避雷器，其特征在于，包括：

响应于所述直流输电系统的故障信号，关断所述直流断路器；

经过去游离时长后导通所述固态开关支路；

获取所述直流输电系统的输电线路的电压和电流；

确定所述电压和所述电流的比值；

根据所述比值确定所述直流输电系统的故障状态；

根据所述故障状态控制所述直流断路器；

所述导通所述固态开关支路的步骤，具体包括：

获取所述直流输电系统的额定电压和n级级联的所述避雷器中每一级所述避雷器的启动电压；

根据所述额定电压和所述启动电压，确定所述功率器件模块的导通数量；

根据所述导通数量控制对应的所述功率器件模块导通；

所述根据所述比值确定所述直流输电系统的故障状态的步骤，具体包括：

基于所述比值大于故障阈值，则确定所述故障状态为瞬时性故障。

2.根据权利要求1所述的直流输电系统的故障处理方法，其特征在于，所述根据所述比值确定所述直流输电系统的故障状态的步骤，具体包括：

基于所述比值小于或等于所述故障阈值，则开始计时所述比值小于或等于所述故障阈值的时长，以及

基于所述时长大于时长阈值，则确定所述故障状态为永久性故障。

3.根据权利要求2所述的直流输电系统的故障处理方法，其特征在于，所述根据所述故障状态控制所述直流断路器的步骤，具体包括：

基于所述故障状态为所述瞬时性故障，控制所述直流断路器重合闸；

基于所述故障状态为所述永久性故障，关断所述固态开关支路。

4.根据权利要求3所述的直流输电系统的故障处理方法，其特征在于，所述控制所述断路器重合闸的步骤，具体包括：

导通所述固态开关支路中所有的所述功率器件模块；

基于所述电流上升至电流阈值，则导通所述载流支路，并关断所述固态开关支路。

5.根据权利要求3所述的直流输电系统的故障处理方法，其特征在于，所述直流输电系统还包括隔离开关；所述关断所述固态开关支路的步骤之后，还包括：

获取所述直流输电系统的故障位置；

根据所述故障位置确定并闭锁所述直流输电系统的故障极；

根据所述故障位置控制所述隔离开关，以隔离故障输电线路。

6.根据权利要求5所述的直流输电系统的故障处理方法，其特征在于，所述根据所述故障位置控制所述隔离开关的步骤之后，还包括：

输出所述永久性故障的信号、所述故障位置和所述故障极。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的直流输电系统的故障处理方法，其特征在于，所述根据所述比值确定所述直流输电系统的故障状态的步骤之前，还包括：

获取所述直流输电系统的过渡电阻；

根据所述过渡电阻和预设可靠系数，确定所述故障阈值。

8.一种直流输电系统的故障处理装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行计算机程序时执行如权利要求1至7中任一项所述的直流输电系统的故障处理方法的步骤。

9.一种直流输电系统，其特征在于，包括：

直流断路器，所述直流断路器配置为适于切断故障电流，所述直流断路器包括载流支路、固态开关支路和缓冲吸收支路；

换流器，所述换流器包括整流侧换流器和逆变侧换流器；

输电线路，所述输电线路与所述换流器和所述直流断路器连接；

检测组件，配置为适于检测所述输电线路的电压和电流；

如权利要求8所述的直流输电系统的故障处理装置，所述故障处理装置与所述直流断路器、所述换流器和所述检测组件电连接。

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