CN111884196A - 一种柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法及装置，包括以下步骤：当直流配电线路发生故障后，继电保护进行故障检测；故障检测后，进行故障定位；测量点检测到直流线路故障后，继电保护给换流器发阻断指令，换流器接受指令，阻断交流系统向故障点馈入故障电流；待故障电流衰减至小于直流负荷电流后，将故障区段两侧的直流负荷开关断开；故障隔离后，合上联络开关，将故障点后的负荷投入备用电源，由相邻换流器线路供电；‑根据故障定位结果，定点排除故障；故障清除后，进行手动倒闸操作，恢复正常。本发明可解决柔性直流配电线路故障后的供电恢复问题，有助于提升直流配电线路的供电可靠性。

Description

一种柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法及装置。

背景技术

直流技术以其输送容量大、线路成本低、无需同步运行等优势，在电力系统中得到广泛应用。随着直流工程的陆续投运，我国目前已建成全世界规模最大的交直流混联电网。直流配电网是交直流混联电网的重要组成部分，对消纳分布式能源和提升电能质量具有重要意义，也是未来配电网发展的主流形式之一。直流配电线路发生短路故障后，故障发展速度极快，电力电子器件耐受能力有限，需要快速有选择性地将故障线路从直流配电网中切除，以实现直流配电线路的故障隔离与恢复。

然而，目前国内外对柔性直流配电网的研究和建设仍处在探索阶段。与柔性直流输电网不同，现阶段柔性直流配电网受投资成本等因素制约一般不装设直流断路器，其故障限流依赖于阻断型换流器。直流线路开关器件的不同导致其故障隔离与恢复的方法也不尽相同，柔性直流输电线路的故障恢复方案无法直接应用于直流配电线路，仍需进一步研究适用于柔性直流配电线路的故障恢复方法。

故障恢复技术对直流配电网供电可靠性的影响举足轻重，对直流配电网设备的安全工作和系统的稳定运行具有重要意义。因此，如何结合直流配电网自身特性，研究出适用于柔性直流配电线路的故障恢复方法成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法及装置。

本发明的技术方案为：，包括以下步骤：

步骤1），继电保护对线路进行故障检测和故障定位，根据定位结果识别出故障区段；

步骤2），测量点检测到直流线路故障后，继电保护给换流器发阻断指令，换流器接受指令，阻断交流系统向故障点馈入故障电流，抑制故障发展；

步骤3），待故障电流衰减至小于直流负荷电流后，继电保护将故障区段两侧的直流负荷开关断开；

步骤4），交流系统合上联络开关，将故障点后的负荷投入备用电源，由相邻换流器线路供电；

步骤5），根据故障区段，定点排除故障；

步骤6），故障清除后，换流器重新投入，使直流配电线路恢复正常运行。

步骤1）中，故障检测的方法采用电流保护、纵联保护或边界保护。

步骤1）中，故障定位的方法采用阻抗法、单端行波法或双端行波法。

步骤2）中，采用阻断型换流器，阻断型换流器可通过子模块阻断交流系统向故障点馈入故障电流从而能减小短路电流。

直流配电线路的拓扑结构为三分段三联络、三分段四联络或四分段三联络。

一种柔性直流配电线路故障后供电恢复的装置，包括：

故障检测模块，用于对多分段多联络直流配电线路的故障进行检测；

故障定位模块，用于对线路进行故障定位，根据定位结果识别出故障区段；

阻断模块，用于测量点检测到直流线路故障后，继电保护给换流器发阻断指令，换流器接受指令，阻断交流系统向故障点馈入故障电流；

断开模块，用于待故障电流衰减至小于直流负荷电流后，继电保护将故障区段两侧的直流负荷开关断开；

临时供电模块，用于交流系统合上联络开关，将故障点后的负荷投入备用电源，由相邻换流器线路供电；

故障清除模块，用于根据故障区段，定点排除故障；

供电模块，用于故障清除后，换流器重新投入，使直流配电线路恢复正常运行。

本发明在工作中，直流故障一旦发生，高供电可靠性要求的负荷断开电网供电无缝切换到储能设备供电，其他负荷短时失电。直流故障隔离后，联络开关闭合，故障点后的负荷由相邻换流器线路供电；故障点前的负荷短时失电，换流器利用储能设备快速重启，恢复对故障点的负荷供电。执行了故障阻断的换流器重新运行后，待故障区段恢复正常，与相邻换流器线路合环运行，进行负荷切换，恢复正常运行方式。

本发明可以解决柔性直流配电线路故障后的供电恢复问题，有助于提升直流配电线路的供电可靠性。

附图说明

图1是本发明的流程图，

图2是本发明应用于多分段多联络型直流配电网的示意图，

图3是直流配电线路故障隔离的示意图，

图4是直流配电线路故障恢复的示意图。

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，本申请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方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图1示出了根据本发明的一种柔性直流配电线路故障后供电恢复方法的流程图。

如图1所示，根据本发明的实施例，提出了一种柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法，包括以下步骤：

步骤1），继电保护对线路进行故障检测和故障定位，根据定位结果识别出故障区段，故障定位大大减小了永久性故障排除的难度和工作量；

步骤2），测量点检测到直流线路故障后，继电保护给换流器发阻断指令，换流器接受指令，阻断交流系统向故障点馈入故障电流，抑制故障发展；

步骤3），待故障电流衰减至小于直流负荷电流后，继电保护将故障区段两侧的直流负荷开关断开；

步骤4），交流系统合上联络开关，将故障点后的负荷投入备用电源，由相邻换流器线路供电；

步骤5），根据故障区段，定点排除故障；

步骤6），故障清除后，换流器重新投入，使直流配电线路恢复正常运行。

步骤1）中，故障检测是直流配电线路故障隔离的基础，故障检测方法可采用电流保护、纵联保护和边界保护等，但不限于此。

步骤1）中，故障定位是直流配电线路供电恢复的基础，故障定位方法可采用阻抗法、单端行波法和双端行波法等，但不限于此。

步骤2）中，故障限流依赖于阻断型换流器，故障阻断型换流器可通过子模块阻断交流系统向故障点馈入故障电流从而能减小短路电流，之后再通过直流负荷开关对故障元件进行隔离。

直流配电网正常运行时，各条线路独立运行、互不干扰。直流配电线路发生故障后，保护检测到故障并隔离故障，同时线路由正常工作模式转为故障工作模式，这个过程即为故障隔离。

直流配电线路为三分段三联络，但不限于此，直流配电线路可为三分段四联络、四分段三联络等。直流配电网的网架结构也可采用其他可行的拓扑结构。

一种柔性直流配电线路故障后供电恢复的装置，包括：

故障检测模块，用于对多分段多联络直流配电线路的故障进行检测；

故障定位模块，用于对线路进行故障定位，根据定位结果识别出故障区段；

阻断模块，用于测量点检测到直流线路故障后，继电保护给换流器发阻断指令，换流器接受指令，阻断交流系统向故障点馈入故障电流；

断开模块，用于待故障电流衰减至小于直流负荷电流后，继电保护将故障区段两侧的直流负荷开关断开；

临时供电模块，用于交流系统合上联络开关，将故障点后的负荷投入备用电源，由相邻换流器线路供电；

故障清除模块，用于根据故障区段，定点排除故障；

供电模块，用于故障清除后，换流器重新投入，使直流配电线路恢复正常运行。多分段多联络型直流配电网结合了辐射型结构和环形结构的优点，在提高供电可靠性的同时尽可能保持各条直流线路独立运行。

故障清除后，线路由故障工作模式转为正常工作模式，这个过程称为故障恢复。线路故障隔离和故障恢复与联络开关的开闭状态密切相关。

通过阻断型换流器与直流负荷开关及联络开关的配合可实现直流配电线路的快速故障隔离与恢复。

本发明中直流线路故障恢复的时序如下：直流故障一旦发生，高供电可靠性要求的负荷断开电网供电无缝切换到储能设备供电，其他负荷短时失电。直流故障隔离后，联络开关闭合，故障点后的负荷由相邻换流器线路供电；故障点前的负荷短时失电，换流器利用储能设备快速重启，恢复对故障点的负荷供电。执行了故障阻断的换流器重新运行后，待故障区段恢复正常，与相邻换流器线路合环运行，进行负荷切换，恢复正常运行方式。

图2示出了本发明方案应用于多分段多联络型直流配电网的示意图。

如图2所示，本发明方案应用于多分段多联络型直流配电网上，具有如下的技术特征：每条直流配电线路都是单回直流辐射状配电线路，采用分段结构，带分支负荷。线路首端为测量点，即在换流器出口处布置测量点，测量点实时高频采样电压电流。在没有直流断路器的直流配电网中，闭环结构运行下发生故障，只有使系统开环才能重新恢复供电；另一方面，只有全网所有的换流器都闭锁后，才能限制故障电流。而多分段多联络型配电网只需要闭锁一个换流器而不是所有的换流器，而且换流器由正常运行变为限流运行，电流下降至负荷电流以下保护即可动作，负荷开关能在更早的时刻切除故障，相应的换流器解锁时间也更短，故障恢复速度更快。结合投资成本、保护难度等因素，无直流断路器的直流配电网拓扑宜采用多分段多联络结构。多分段多联络型直流配电网的工作模式主要分为正常工作模式和故障工作模式。正常工作模式下，联络开关处于断开位置，多分段多联络型直流配电网可分为三条独立运行的单电源辐射型直流线路。

图3示出了直流配电线路故障隔离的示意图。

如图3所示，直流配电线路故障以区段BC发生短路故障为例。区段BC发生短路故障后，测量点A检测到故障发生，进而识别故障区段。判定故障发生后，保护给换流器发关断指令，换流器动作从而阻断交流系统向故障点馈入故障电流，抑制故障发展，待故障电流衰减至小于直流负荷电流后，将区段BC两侧直流负荷开关断开。此时母线C和母线D失电，母线上所挂分支负荷也相应失电。负荷开关断开后，故障隔离完成。

因此直流线路故障隔离的时序具体如下：直流线路故障——测量点检测到直流线路故障——保护给换流器发关断指令——换流器接受指令，关断——保护根据测量点的信息判断出故障区段，给对应的负荷开关发开断指令——故障电流减小，负荷开关接受指令，开断。

图4示出了直流配电线路故障恢复的示意图。

如图4所示，将线路BC切除完成后，将系统1和系统2的联络开关合上，由系统2向原属于系统1的直流负载供电，也就是系统2开始对线路CD供电，线路CD的潮流方向发生改变。未发生故障的系统3仍正常独立运行。利用对侧电源向本侧线路的负荷供电，可缩小直流配电线路的停电范围，有利于提高供电可靠性。之后根据故障定位结果，安排电力维修人员去现场定点排除永久性故障，故障清除后，进行倒闸操作，使直流配电线路回到正常运行模式。

故障清除前，系统1和系统2之间的联络开关是闭合的，这段期间系统2可能再次发生直流线路故障。如果再次发生故障，无论故障是否发生在潮流方向改变的线路上（线路CD），联络开关都会被开断，使得系统2变为最初的单电源辐射状结构，再按照直流线路故障隔离与恢复策略进行倒闸操作。

因此直流线路故障恢复的时序如下：直流故障一旦发生，高供电可靠性要求的负荷断开电网供电无缝切换到储能设备供电，其他负荷短时失电。直流故障隔离后，联络开关闭合，故障点后的负荷由相邻换流器线路供电；执行了故障阻断的换流器重新运行后，待故障区段恢复正常，与相邻换流器线路合环运行，进行负荷切换，恢复正常运行方式。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，通过本发明的技术方案，解决了柔性直流配电线路故障后的供电恢复问题，提高了直流配电线路的供电可靠性。

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 (6)

1.一种柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1），继电保护对线路进行故障检测和故障定位，根据定位结果识别出故障区段；

步骤2），测量点检测到直流线路故障后，继电保护给换流器发阻断指令，换流器接受指令，阻断交流系统向故障点馈入故障电流，抑制故障发展；

步骤3），待故障电流衰减至小于直流负荷电流后，继电保护将故障区段两侧的直流负荷开关断开；

步骤4），交流系统合上联络开关，将故障点后的负荷投入备用电源，由相邻换流器线路供电；

步骤5），根据故障区段，定点排除故障；

步骤6），故障清除后，换流器重新投入，使直流配电线路恢复正常运行。

2.根据权利要求1所述的柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法，其特征在于，步骤1）中，故障检测的方法采用电流保护、纵联保护或边界保护。

3.根据权利要求1所述的柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法，其特征在于，步骤1）中，故障定位的方法采用阻抗法、单端行波法或双端行波法。

4.根据权利要求1所述的柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法，其特征在于，步骤2）中，采用阻断型换流器，阻断型换流器通过子模块阻断交流系统向故障点馈入故障电流从而能减小短路电流。

5.根据权利要求1所述的柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法，其特征在于，直流配电线路的拓扑结构为三分段三联络、三分段四联络或四分段三联络。

6.一种柔性直流配电线路故障后供电恢复的装置，其特征在于，包括：

故障检测模块，用于对多分段多联络直流配电线路的故障进行检测；

故障定位模块，用于对线路进行故障定位，根据定位结果识别出故障区段；

阻断模块，用于测量点检测到直流线路故障后，继电保护给换流器发阻断指令，换流器接受指令，阻断交流系统向故障点馈入故障电流；

断开模块，用于待故障电流衰减至小于直流负荷电流后，继电保护将故障区段两侧的直流负荷开关断开；

临时供电模块，用于交流系统合上联络开关，将故障点后的负荷投入备用电源，由相邻换流器线路供电；

故障清除模块，用于根据故障区段，定点排除故障；

供电模块，用于故障清除后，换流器重新投入，使直流配电线路恢复正常运行。

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