CN113517711A - 一种故障控制装置、混合直流输电系统及故障处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种故障控制装置、混合直流输电系统及故障处理方法。故障控制装置包括：阻尼单元、第一开关和第二开关；所述阻尼单元与第二开关并联后与第一开关串联。在检测到直流故障时，控制电流源型换流器单元投入旁通对，操作故障控制装置闭合第一开关，接入阻尼单元，检测所述混合直流换流器端口电信号，当所述电信号正常时，闭合所述故障控制装置的第二开关或者继续保持所述故障控制装置的第二开关为断开状态。本发明具有成本损耗低，能够有效处理混合直流输电系统的直流输电线路故障,并能在故障恢复后实现直流功率的快速恢复，避免直流电压电流过冲，更好的保护交直流输电系统的安全。

Description

一种故障控制装置、混合直流输电系统及故障处理方法
技术领域
本发明属于混合直流输电领域，特别涉及一种故障控制装置和方法及使用其的混合直流输电系统。
背景技术
近年来，综合LCC-HVDC成本低、损耗小、运行技术成熟和VSC-HVDC能够实现有功功率及无功功率解耦控制、可以向无源网络供电、结构紧凑占地面积小、不存在逆变侧换相失败问题的混合直流输电技术获得了快速发展，具有良好的工程应用前景，通过在整流侧采用LCC-HVDC，逆变侧采用VSC-HVDC,可以减轻或避免逆变侧的换相失败问题，同时一定程度保证工程造价上的优势。
由于目前功率器件的电流能力的限制，VSC换流器输送直流功率的能力还远小于LCC换流器，为了满足远距离大容量输电的要求，逆变换流站的VSC需要采取串并联扩容技术，若需要提高输送电流能力，则需要采用多个VSC并联。然而现有的基于VSC的直流输电系统存在一个较大的缺陷：基于半桥结构的模块化多电平换流器无法有效的处理直流线路故障，系统可靠性低。现有技术中，对于直流线路故障，ABB公司采用增加直流断路器来解决直流架空线故障；西门子公司采用基于全桥子模块的模块化多电平换流器结构来解决；阿尔斯通公司采用全桥电路且桥臂串联电力电子开关器件的方式来解决。上述解决方案都大大地增加了换流站的建造成本，同时增加了直流系统的损耗。国内也有文献提出通过在直流输电线路上串联二极管，利用二极管的单向导通特性，有效的阻断直流故障电流从而实现直流线路故障的穿越，然而此种方法只适合功率传输单方向的工程，且VSC换流器只能逆变运行。而且二极管不参与功率变换，自身会产生损耗。还有文献提出一种带旁通支路的电网换相换流器和电压源换流器串联的混合直流换流器，电压源换流器只需采用半桥电路结构的模块化多电平换流器，电网换相换流器能自然阻断直流侧故障电流，旁通支路又能可靠保护电压源换流器，运行方式也更加灵活。但当混合直流换流器所在的直流输电系统发生直流线路接地故障需要退出所述电网换相换流器时，现有的处理策略可能导致电压源换流器对故障点放电或再次击穿直流线路绝缘，造成故障扩大风险。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种故障控制装置、混合直流输电系统及故障处理方法。本发明具有成本损耗低，在降低运行损耗的同时可以实现混合直流输电系统的灵活运行，能够有效处理混合直流输电系统的直流输电线路故障,并能在故障恢复后实现直流功率的快速恢复，避免直流电压电流过冲，更好的保护交直流输电系统的安全。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种故障控制装置包括：阻尼单元、第一开关和第二开关；所述阻尼单元与第二开关并联后与第一开关串联。
优选的实施例中，所述阻尼单元包括：至少一个功率半导体器件，所述至少一个功率半导体器件串联连接。
优选的实施例中，所述阻尼单元还包括：至少一个开关，与所述至少一个功率半导体器件串联连接。
优选的实施例中，所述阻尼单元还包括：至少一个电抗器，与所述至少一个功率半导体器件串联连接。
优选的实施例中，所述阻尼单元还包括：至少一个电阻器，与所述至少一个功率半导体器件串联连接。
优选的实施例中，所述阻尼单元还包括：至少一个电抗器，与所述至少一个功率半导体器件及至少一个电阻器串联连接。
优选的实施例中，所述阻尼单元包括：至少一个电阻器，所述至少一个电阻器串联连接。
优选的实施例中，所述阻尼单元还包括：至少一个电抗器，所述至少一个电抗器与所述至少一个电阻器串联连接。
优选的实施例中，所述阻尼单元包括：至少一个电抗器，所述至少一个电抗器串联连接。
优选的实施例中，所述阻尼单元包括：至少一个换流器单元，所述至少一个换流器单元串联连接。
优选的实施例中，所述换流器单元包括单个三相桥式电路，或者串联连接和/或并联连接的多个三相桥式电路。
优选的实施例中，所述故障控制装置还包括：避雷器，所述避雷器并联连接在所述阻尼单元两端。
优选的实施例中，所述第一开关和第二开关包括机械式开关、电力电子开关或刀闸中的至少一种。
本申请还提出一种混合直流输电系统，包括：
整流换流站，用于连接送端交流电网，所述整流换流站包括至少一组晶闸管换流器单元；
逆变换流站，用于连接受端交流电网，所述逆变换流站包括至少一组混合直流换流器；
直流输电线路，用于连接整流换流站和逆变换流站；
所述混合直流换流器包括串联连接的电流源型换流器单元和电压源型换流器单元，还包括上述的故障控制装置，所述故障控制装置并联安装在所述电流源型换流器单元的两端。
优选的实施例中，所述电流源型换流器单元的阴极与所述电压源型换流器单元的正极连接；或者所述电流源型换流器单元的阳极与所述电压源型换流器单元的负极连接。
优选的实施例中，所述电流源型换流器单元包括：晶闸管换流器。
优选的实施例中，所述电流源型换流器单元还包括：旁通开关，与所述电流源型换流器单元的晶闸管换流器并联连接。
优选的实施例中，所述电流源型换流器单元还包括：旁通刀闸和两个隔离刀闸，所述电流源型换流器单元的两端分别连接所述两个隔离刀闸的一端，所述旁通刀闸的两端分别连接两个隔离刀闸的另一端。
优选的实施例中，所述电压源型换流器单元包括：单个电压源型换流器或两个及以上电压源型换流器并联。
优选的实施例中，所述电压源型换流器单元还包括：旁通开关，与所述电压源型换流器并联连接。
优选的实施例中，所述电压源型换流器单元还包括：旁通刀闸和两个隔离刀闸，所述电压源型换流器的两端分别连接两个隔离刀闸的一端，所述旁通刀闸的两端分别连接两个隔离刀闸的另一端。
本申请还提出了应用于上述混合直流输电系统的故障处理方法，包括：
在检测到直流故障时，控制所述混合直流换流器中电流源型换流器单元投入旁通对，操作并联安装在混合直流换流器中电流源型换流器单元两端的故障控制装置闭合第一开关，接入阻尼单元，检测所述混合直流换流器端口电信号，所述电信号包括直流电压和直流电流的至少其中之一，当所述电信号正常时，闭合所述故障控制装置的第二开关或者继续保持所述故障控制装置的第二开关为断开状态；
或者在检测到直流故障时，控制所述混合直流换流器中电流源型换流器单元投入旁通对，检测所述混合直流换流器端口电信号，当所述电信号正常时，操作并联安装在混合直流换流器中电流源型换流器单元两端的故障控制装置闭合第一开关，接入阻尼单元，闭合所述故障控制装置的第二开关或者继续保持所述故障控制装置的第二开关为断开状态。
优选的实施例中，当以下条件至少其中之一满足时，确定检测到所述直流故障：
直流电流大于电流定值，且持续时间超过第一检测时间定值；
直流电压小于电压定值，且持续时间超过第二检测时间定值；
直流电压的变化速率的绝对值大于第一速率定值，且持续时间超过第三检测时间定值；
直流电压的变化速率小于第二速率定值，且持续时间超过第四检测时间定值；
直流电流的绝对值的变化速率大于第三速率定值，且持续时间超过第五检测时间定值；
直流电压与直流电流的比值小于阻抗定值，且持续时间超过第六检测时间定值；
直流行波保护动作。
优选的实施例中，当以下条件至少其中之一满足时，确定所述电信号正常：
直流电流不大于电流定值，且持续时间超过第七检测时间定值；
直流电压不小于电压定值，且持续时间超过第八检测时间定值；
直流电压的变化速率的绝对值不大于第四速率定值，且持续时间超过第九检测时间定值；
直流电压的变化速率不小于第五速率定值，且持续时间超过第十检测时间定值；
直流电流的绝对值的变化速率不大于第六速率定值，且持续时间超过第十一检测时间定值；
直流电压与直流电流的比值不小于阻抗定值，且持续时间超过第十二检测时间定值。
优选的实施例中，当所述电信号异常时，保持所述故障控制装置的第一开关为闭合状态，第二开关为断开状态，闭锁所述混合直流换流器，停运混合直流输电系统，隔离混合直流换流器与交流电网的连接，隔离混合直流换流器与直流输电线路的连接。
优选的实施例中，当所述电信号异常时，保持所述故障控制装置的第一开关为闭合状态，第二开关为断开状态，等待设定的息弧时间后再次检测所述电信号。
优选的实施例中，所述电信号异常是指所述电信号正常逻辑取反后得到的信号。
本申请公开了应用于上述混合直流输电系统的控制方法，包括：当所述阻尼单元故障或需要改变直流功率输送方向时，闭合所述故障控制装置的第二开关。
本发明的有益效果是：
1)本发明的故障控制装置具有结构简单，操作方便，成本损耗低，能够有效处理混合直流输电系统的直流输电线路故障,避免由于电流源型换流器的失去而无法处理直流故障，同时可有效降低直流电压电流过冲，更好的保护交直流输电系统的安全。
2)本发明可以在直流线路发生故障时，维持两侧换流器不闭锁，仍然给所连交流系统提供无功支撑，有效防止逆变换流站在直流线路故障期间同时失去有功功率和无功功率，维持所连交流系统电压的稳定。
3)本发明在降低运行损耗的同时可以实现混合直流输电系统的灵活运行，在阻尼单元故障时可不影响正常运行，同时可以实现潮流的双向运行。
附图说明
图1是本发明的故障控制装置示意图；
图2是由功率二极管器件和避雷器组成的阻尼单元结构示意图；
图3是由功率晶闸管器件和避雷器组成的阻尼单元结构示意图；
图4是由功率二极管器件，电抗器和避雷器组成的阻尼单元结构示意图；
图5是由电阻器和避雷器组成的阻尼单元结构示意图；
图6是由电抗器和避雷器组成的阻尼单元结构示意图；
图7是由电阻器，电抗器和避雷器组成的阻尼单元结构示意图；
图8是本发明第一种安装有故障控制装置的混合直流换流器结构示意图；
图9是本发明第二种安装有故障控制装置的混合直流换流器结构示意图；
图10是本发明第一种应用于混合直流输电系统的故障处理方法的流程图；
图11是本发明第二种应用于混合直流输电系统的故障处理方法的流程图；
图12是本发明一种混合直流输电系统第一种示意图；
图13是本发明一种混合直流输电系统第二种示意图；
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
一种故障控制装置，如附图1所示，所述故障控制装置包括阻尼单元7，第一开关4与第二开关3，其中第一开关4与阻尼单元7串联连接，第一开关4的一端与第二开关3的一端及阻尼单元的一端相互连接，第一开关4的另一端连接于X2端，第二开关3并联于阻尼单元7的两端，第二开关的另一端与阻尼单元7共同连接于X1端。第一开关和第二开关包括机械式开关、电力电子开关或刀闸中的至少一种。
如图2、图3所示为申请实施例提供的一种阻尼单元结构示意图，阻尼单元7包括至少一个功率半导体器件，所述至少一个功率半导体器件串联连接。
所述功率半导体器件是单个半导体开关器件，或者是多个半导体开关器件串联和/或并联。所述半导体开关器件是以下任一种或多种：二极管、晶闸管、绝缘栅双极型晶体管IGBT、集成门极换流晶闸管IGCT、可关断晶闸管GTO、电力场效应管Power MOSFET、电子注入增强栅晶体管IEGT、门极换流晶闸管GCT或碳化硅增强型结型场效应晶体管SiC-JFET。
可选的，所述阻尼单元7还包括至少一个开关，与所述至少一个功率半导体器件串联连接。
如图4所示为申请实施例提供的一种阻尼单元结构示意图之一，阻尼单元7包括至少一个功率半导体器件、至少一个电抗器，所述至少一个功率半导体器件与至少一个电抗器串联连接。
一些实施例中，阻尼单元7包括至少一个功率半导体器件、至少一个电阻器，所述至少一个功率半导体器件与至少一个电阻器串联连接。
一些实施例中，阻尼单元7包括至少一个功率半导体器件、至少一个电抗器、至少一个电阻器，所述至少一个功率半导体器件、至少一个电抗器、至少一个电阻器串联连接。
如图5所示为申请实施例提供的一种阻尼单元结构示意图之一，阻尼单元7包括至少一个电阻器，所述至少一个电阻器串联连接。所述电阻器元件是单个电阻器，或者是多个电阻器串联和/或并联。
如图6所示为申请实施例提供的一种阻尼单元结构示意图之一，所述阻尼单元7包括至少一个电抗器，所述至少一个电抗器串联连接。所述电抗器元件是单个电抗器，或者是多个电抗器串联和/或并联。
如图7所示为申请实施例提供的一种阻尼单元结构示意图之一，阻尼单元7包括至少一个电阻器和至少一个电抗器，所述至少一个电抗器与所述至少一个电阻器串联连接。所述电阻器元件是单个电阻器，或者是多个电阻器串联和/或并联；所述电抗器元件是单个电抗器，或者是多个电抗器串联和/或并联。
一些实施例中，所述阻尼单元7包括至少一个换流器单元，所述至少一个换流器单元串联连接。所述换流器单元包含若干个功率半导体器件。
一些实施例中，所述换流器单元包括单个三相桥式电路，或者串联连接和/或并联连接的多个三相桥式电路。
可选的，故障控制装置还包括避雷器，所述避雷器并联连接在上述阻尼单元两端。
本发明同时提供一种混合直流输电系统，包括整流换流站、逆变换流站、直流输电线路。整流换流站，用于连接送端交流电网，整流换流站包括至少一组晶闸管换流器单元。逆变换流站，用于连接受端交流电网，逆变换流站包括至少一组混合直流换流器。直流输电线路，用于连接整流换流站和逆变换流站。其中，混合直流换流器包括串联连接的电流源型换流器单元和电压源型换流器单元，还包括前述的故障控制装置。故障控制装置并联安装在所述电流源型换流器单元的两端。
一些实施例中，电流源型换流器单元的阴极与所述电压源型换流器单元的正极连接；或者所述电流源型换流器单元的阳极与所述电压源型换流器单元的负极连接。
一些实施例中，电流源型换流器单元采用如下三种方案的任意一种：第一种，采用晶闸管换流器；第二种，采用相互并联的晶闸管换流器和旁通开关；第三种，包括晶闸管换流器、旁通开关、旁通刀闸和两个隔离刀闸，其中，晶闸管换流器与旁通开关并联连接，并联连接后的两端分别连接两个隔离刀闸的一端，旁通刀闸的两端分别连接两个隔离刀闸的另一端。
一些实施例中，，所述电压源型换流器单元采用如下三种方案的任意一种：第一种，采用单个电压源型换流器或两个及以上电压源型换流器并联；第二种，采用单个电压源型换流器或两个及以上电压源型换流器并联、旁通开关，其中，电压源型换流器与旁通开关并联连接；第三种，包括单个电压源型换流器或并联的两个及以上电压源型换流器、旁通开关、旁通刀闸和两个隔离刀闸，其中，电压源型换流器与旁通开关并联连接，并联连接后的两端分别连接两个隔离刀闸的一端，旁通刀闸的两端分别连接两个隔离刀闸的另一端。
附图8为安装有本发明故障控制装置的混合直流换流器拓扑第一种结构，电流源型换流器单元的阴极X1和电压源型换流器单元的正极X3相连。混合直流换流器包括串联连接的电流源型换流器单元和电压源型换流器单元。电流源型换流器单元包括晶闸管换流器1和两个隔离刀闸5和6，故障控制装置并联在晶闸管换流器1两端，并联连接后的两端分别连接两个隔离刀闸5和6的一端，晶闸管换流器1的两端分别连接两个隔离刀闸5和6的另一端。电压源型换流器单元包括电压源型换流器2、旁通开关8、两个隔离刀闸9和10，其中，电压源型换流器2与旁通开关8并联连接，并联连接后的两端分别连接两个隔离刀闸9和10的一端，电压源型换流器2的两端分别连接两个隔离刀闸9和10的另一端。
附图9为安装有本发明故障控制装置的混合直流换流器拓扑第二种结构，电流源型换流器单元的阳极X1和电压源型换流器单元的负极X4相连。混合直流换流器包括串联连接的电流源型换流器单元和电压源型换流器单元。电流源型换流器单元包括晶闸管换流器21和两个隔离刀闸25和26，故障控制装置并联在晶闸管换流器21两端，并联连接后的两端分别连接两个隔离刀闸25和26的一端，晶闸管换流器21的两端分别连接两个隔离刀闸25和26的另一端。电压源型换流器单元包括电压源型换流器22、旁通开关28、两个隔离刀闸29和30，其中，电压源型换流器22与旁通开关28并联连接，并联连接后的两端分别连接两个隔离刀闸29和30的一端，电压源型换流器22的两端分别连接两个隔离刀闸29和30的另一端。
本发明还提供一种应用于混合直流输电系统的故障处理方法，应用在上述的混合直流输电系统中，如图10所示，在检测到直流故障时，控制所述混合直流换流器中电流源型换流器单元投入旁通对，操作并联安装在混合直流换流器中电流源型换流器单元两端的故障控制装置闭合第一开关，接入阻尼单元，检测所述混合直流换流器端口电信号，所述电信号包括直流电压和直流电流的至少其中之一，当所述电信号正常时，闭合所述故障控制装置的第二开关或者继续保持所述故障控制装置的第二开关为断开状态。
或者如图11所示，在检测到直流故障时，控制所述混合直流换流器中电流源型换流器单元投入旁通对，检测所述混合直流换流器端口电信号，所述电信号包括直流电压和直流电流的至少其中之一，当所述电信号正常时，操作并联安装在混合直流换流器中电流源型换流器单元两端的故障控制装置闭合第一开关，接入阻尼单元，闭合所述故障控制装置的第二开关或者继续保持所述故障控制装置的第二开关为断开状态。
优选地，当以下条件至少其中之一满足时，确定检测到所述直流故障：
直流电流大于电流定值，且持续时间超过第一检测时间定值；
直流电压小于电压定值，且持续时间超过第二检测时间定值；
直流电压的变化速率的绝对值大于第一速率定值，且持续时间超过第三检测时间定值；
直流电压的变化速率小于第二速率定值，且持续时间超过第四检测时间定值；
直流电流的绝对值的变化速率大于第三速率定值，且持续时间超过第五检测时间定值；
直流电压与直流电流的比值小于阻抗定值，且持续时间超过第六检测时间定值。
优选地，当直流行波保护动作时，确定检测到所述直流故障。
优选地，当以下条件至少其中之一满足时，确定所述电信号正常：
直流电流不大于电流定值，且持续时间超过第七检测时间定值；
直流电压不小于电压定值，且持续时间超过第八检测时间定值；
直流电压的变化速率的绝对值不大于第四速率定值，且持续时间超过第九检测时间定值；
直流电压的变化速率不小于第五速率定值，且持续时间超过第十检测时间定值；
直流电流的绝对值的变化速率不大于第六速率定值，且持续时间超过第十一检测时间定值；
直流电压与直流电流的比值不小于阻抗定值，且持续时间超过第十二检测时间定值。
优选地，当所述电信号异常时，保持所述故障控制装置的第一开关为闭合状态，第二开关为断开状态，闭锁所述混合直流换流器，停运混合直流输电系统，隔离混合直流换流器与交流电网的连接，隔离混合直流换流器与直流输电线路的连接。
优选地，当所述电信号异常时，保持所述故障控制装置的第一开关为闭合状态，第二开关为断开状态，等待设定的息弧时间后再次检测所述电信号。
优选地，所述电信号异常是指所述电信号正常逻辑取反后得到的信号。
优选地，当所述阻尼单元故障或需要改变直流功率输送方向时，闭合所述故障控制装置的第二开关。
下面结合图12给出一个具体实施例进行说明。本发明适用于所有的存在至少一组混合直流换流器的混合直流输电系统。
如图12所示，混合两端直流输电系统包括：整流换流站和逆变换流站，整流站与逆变站之间通过直流输电线路相连，逆变换流站由混合直流换流器构成，其中：整流换流站用于将送端交流电网的三相交流电转换为直流电后通过直流输电线路传送给逆变换流站，送端交流电网进站的母线上可连接有无源滤波器，也可能没有,需根据系统工程条件来确定,当送端由晶闸管换流器组成时，一般需要装设无源滤波器，有时还需要装设无功补偿电容器。图12中整流换流站由两组晶闸管换流器单元串联组成，其串联节点连接接地极，串联后的正负两端均通过平波电抗器与直流输电线路相连接；同时在直流线路与大地之间装设有直流滤波器。
晶闸管换流器单元采用十二脉动桥式电路；其中，每个桥臂均由若干个晶闸管串联构成，晶闸管换流器采用定直流电流控制策略控制。晶闸管换流器通过一台接线方式分别为Y0/Y/Δ的三绕组变压器与送端交流电网连接，且变压器一次侧分别装设有交流断路器。变压器能够对送端交流系统的三相交流电进行电压等级变换，以适应所需的直流电压等级，变压器副边接线方式的不同为十二脉动桥式晶闸管换流器的上下两个六脉动换流桥提供相角差为30°的三相交流电，以减少流入电网的谐波电流。整流站采用控制直流电流的控制策略。
逆变换流站用于将直流电转换为三相交流电后输送给受端交流电网，其由晶闸管换流器与模块化多电平换流器串联组成，其中，晶闸管换流器位于高端，其两端并联有故障控制装置，其结构如图1所示，其中阻尼单元如附图2所示由功率二极管器件和避雷器组成，其中功率二极管的电流方向与晶闸管换流器的电流方向保持一致，低端模块化多电平换流器采用3个换流器并联的结构，高端的晶闸管换流器采用控制直流电压的控制策略，低端模块化多电平换流器其中一个采用定直流电压和定无功功率控制策略控制，另两个均采用定有功功率和定无功功率控制策略。
混合直流输电系统稳定运行于800kV电压下，当靠近逆变站的直流输电线路发生接地故障时，逆变站采集并检测到混合直流换流器端口直流电压UDL的变化率小于-580kv/ms，且持续时间超过1ms，则逆变站确定此时发生直流故障，并将故障信号通过站间的通信送给整流站，整流站收到此故障信号后，立即快速增大触发角使送端晶闸管换流器转为逆变运行，抽取直流侧故障能量，直流侧电流很快下降为零；同时，逆变站混合直流换流器不闭锁，低端的模块化多电平换流器通过高端的晶闸管换流器来实现故障电流的阻断，可以以STATCOM的模式继续运行，向所连交流系统提供无功电压支撑。
当等待250ms的熄弧时间到达时，整流站的晶闸管换流器立即撤销对触发角的干预，并开始减小触发角，尝试建立直流电压，在此过程中，若直流电压持续小于280kV且持续时间超过80ms，则直流故障仍然存在，则整流站将再次快速增大触发角使送端晶闸管换流器转为逆变运行，抽取直流侧故障能量，同时混合直流输电系统将尝试半压重启即两站均退出高端换流器，逆变站高端换流器发出alpha 90度后投入旁通对，整流站高端换流器进行同样的操作后合上两端的旁通开关并闭锁退出运行，再次等待250ms的熄弧时间后，整流站低端换流器将撤销对触发角的干预，并开始减小触发角，尝试建立直流电压，逆变站混合直流换流器检测端口直流电压，当直流电压持续大于100kV且持续时间超过10ms时，确认电信号正常，操作并联安装在混合直流换流器中电流源型换流器两端的故障控制装置闭合第一开关，接入阻尼单元，同时闭锁混合直流换流器中电流源型换流器并退出运行，保持故障控制装置的第二开关为断开状态，阻尼单元的接入可以有效避免混合直流换流器中电流源型换流器退出，电压源型换流器直接接入时所引起的直流电压电流过冲，避免直流线路绝缘再次击穿而导致故障穿越失败，至此，混合直流输电系统完成了直流故障穿越，实现了半压重启。
如果混合直流输电系统在半压运行一段时间后再次发生直流输电线路故障，则此时可以利用阻尼单元中二极管的单向导通特性，有效阻断电压源型换流器的直流故障电流，进而实现直流线路故障的穿越。而当混合直流输电系统在半压运行中发生阻尼单元故障或者需要改变直流功率输送方向时，此时可以闭合故障控制装置的第二开关以实现相关功能。
本发明提供的方案适用于如图12和图13所示的混合直流输电系统，但不限于这两种，本发明适用于所有的存在混合直流换流器的直流输电系统。
本发明具有以下有益效果：
1)本发明的故障控制装置具有结构简单，操作方便，成本损耗低，能够有效处理混合直流输电系统的直流输电线路故障,避免由于电流源型换流器的失去而无法处理直流故障，同时可有效降低直流电压电流过冲，更好的保护交直流输电系统的安全。
2)本发明可以在直流线路发生故障时，维持两侧换流器不闭锁，仍然给所连交流系统提供无功支撑，有效防止逆变换流站在直流线路故障期间同时失去有功功率和无功功率，维持所连交流系统电压的稳定。
3)本发明在降低运行损耗的同时可以实现混合直流输电系统的灵活运行，在阻尼单元故障时可不影响正常运行，同时可以实现潮流的双向运行。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (28)

1.一种故障控制装置，其特征在于，所述故障控制装置包括：阻尼单元、第一开关和第二开关；所述阻尼单元与第二开关并联后与第一开关串联。
2.根据权利要求1所述的一种故障控制装置，其特征在于，所述阻尼单元包括：
至少一个功率半导体器件，所述至少一个功率半导体器件串联连接。
3.根据权利要求2所述的一种故障控制装置，其特征在于，所述阻尼单元还包括：
至少一个开关，与所述至少一个功率半导体器件串联连接。
4.根据权利要求2所述的一种故障控制装置，其特征在于，所述阻尼单元还包括：
至少一个电抗器，与所述至少一个功率半导体器件串联连接。
5.根据权利要求2所述的一种故障控制装置，其特征在于，所述阻尼单元还包括：
至少一个电阻器，与所述至少一个功率半导体器件串联连接。
6.根据权利要求5所述的一种故障控制装置，其特征在于，所述阻尼单元还包括：
至少一个电抗器，与所述至少一个功率半导体器件及至少一个电阻器串联连接。
7.根据权利要求1所述的一种故障控制装置，其特征在于，所述阻尼单元包括：
至少一个电阻器，所述至少一个电阻器串联连接。
8.根据权利要求7所述的一种故障控制装置，其特征在于，所述阻尼单元还包括：
至少一个电抗器，所述至少一个电抗器与所述至少一个电阻器串联连接。
9.根据权利要求1所述的一种故障控制装置，其特征在于，所述阻尼单元包括：
至少一个电抗器，所述至少一个电抗器串联连接。
10.根据权利要求1所述的一种故障控制装置，其特征在于，所述阻尼单元包括：
至少一个换流器单元，所述至少一个换流器单元串联连接。
11.根据权利要求10所述的一种故障控制装置，其特征在于，所述换流器单元包括单个三相桥式电路，或者串联连接和/或并联连接的多个三相桥式电路。
12.根据权利要求1至11任一项所述的一种故障控制装置，其特征在于，还包括：
避雷器，所述避雷器并联连接在所述阻尼单元两端。
13.根据权利要求1所述的一种故障控制装置，其特征在于，所述第一开关和第二开关包括机械式开关、电力电子开关或刀闸中的至少一种。
14.一种混合直流输电系统，其特征在于，包括：
整流换流站，用于连接送端交流电网，所述整流换流站包括至少一组晶闸管换流器单元；
逆变换流站，用于连接受端交流电网，所述逆变换流站包括至少一组混合直流换流器；
直流输电线路，用于连接整流换流站和逆变换流站；
所述混合直流换流器包括串联连接的电流源型换流器单元和电压源型换流器单元，还包括如权利要求1-12中任一项所述的故障控制装置，所述故障控制装置并联安装在所述电流源型换流器单元的两端。
15.根据权利要求14所述的一种混合直流输电系统，其特征在于，所述电流源型换流器单元的阴极与所述电压源型换流器单元的正极连接；或者所述电流源型换流器单元的阳极与所述电压源型换流器单元的负极连接。
16.根据权利要求14所述的一种混合直流输电系统，其特征在于，所述电流源型换流器单元包括：晶闸管换流器。
17.根据权利要求16所述的一种混合直流输电系统，其特征在于，所述电流源型换流器单元还包括：
旁通开关，与所述电流源型换流器单元的晶闸管换流器并联连接。
18.根据权利要求17所述的一种混合直流输电系统，其特征在于，所述电流源型换流器单元还包括：
旁通刀闸和两个隔离刀闸，所述电流源型换流器单元的两端分别连接所述两个隔离刀闸的一端，所述旁通刀闸的两端分别连接两个隔离刀闸的另一端。
19.根据权利要求14所述的一种混合直流输电系统，其特征在于，所述电压源型换流器单元包括：单个电压源型换流器或两个及以上电压源型换流器并联。
20.根据权利要求19所述的一种混合直流输电系统，其特征在于，所述电压源型换流器单元还包括：
旁通开关，与所述电压源型换流器并联连接。
21.根据权利要求20所述的一种混合直流输电系统，其特征在于，所述电压源型换流器单元还包括：
旁通刀闸和两个隔离刀闸，所述电压源型换流器的两端分别连接两个隔离刀闸的一端，所述旁通刀闸的两端分别连接两个隔离刀闸的另一端。
22.一种混合直流输电系统的故障处理方法，应用于权利要求14至21之任一项所述的混合直流输电系统，其特征在于，包括：
在检测到直流故障时，控制所述混合直流换流器中电流源型换流器单元投入旁通对，操作并联安装在混合直流换流器中电流源型换流器单元两端的故障控制装置闭合第一开关，接入阻尼单元，检测所述混合直流换流器端口电信号，所述电信号包括直流电压和直流电流的至少其中之一，当所述电信号正常时，闭合所述故障控制装置的第二开关或者继续保持所述故障控制装置的第二开关为断开状态；
或者在检测到直流故障时，控制所述混合直流换流器中电流源型换流器单元投入旁通对，检测所述混合直流换流器端口电信号，当所述电信号正常时，操作并联安装在混合直流换流器中电流源型换流器单元两端的故障控制装置闭合第一开关，接入阻尼单元，闭合所述故障控制装置的第二开关或者继续保持所述故障控制装置的第二开关为断开状态。
23.根据权利要求22所述的混合直流输电系统的故障处理方法，其特征在于，当以下条件至少其中之一满足时，确定检测到所述直流故障：
直流电流大于电流定值，且持续时间超过第一检测时间定值；
直流电压小于电压定值，且持续时间超过第二检测时间定值；
直流电压的变化速率的绝对值大于第一速率定值，且持续时间超过第三检测时间定值；
直流电压的变化速率小于第二速率定值，且持续时间超过第四检测时间定值；
直流电流的绝对值的变化速率大于第三速率定值，且持续时间超过第五检测时间定值；
直流电压与直流电流的比值小于阻抗定值，且持续时间超过第六检测时间定值；
直流行波保护动作。
24.根据权利要求22所述的混合直流输电系统的故障处理方法，其特征在于，
当以下条件至少其中之一满足时，确定所述电信号正常：
直流电流不大于电流定值，且持续时间超过第七检测时间定值；
直流电压不小于电压定值，且持续时间超过第八检测时间定值；
直流电压的变化速率的绝对值不大于第四速率定值，且持续时间超过第九检测时间定值；
直流电压的变化速率不小于第五速率定值，且持续时间超过第十检测时间定值；
直流电流的绝对值的变化速率不大于第六速率定值，且持续时间超过第十一检测时间定值；
直流电压与直流电流的比值不小于阻抗定值，且持续时间超过第十二检测时间定值。
25.根据权利要求22所述的混合直流输电系统的故障处理方法，其特征在于，
当所述电信号异常时，保持所述故障控制装置的第一开关为闭合状态，第二开关为断开状态，闭锁所述混合直流换流器，停运混合直流输电系统，隔离混合直流换流器与交流电网的连接，隔离混合直流换流器与直流输电线路的连接。
26.根据权利要求22所述的混合直流输电系统的故障处理方法，其特征在于，
当所述电信号异常时，保持所述故障控制装置的第一开关为闭合状态，第二开关为断开状态，等待设定的息弧时间后再次检测所述电信号。
27.根据权利要求25或26所述的混合直流输电系统的故障处理方法，其特征在于，所述电信号异常是指所述电信号正常逻辑取反后得到的信号。
28.一种混合直流输电系统的控制方法，应用于权利要求14至21之任一项所述的混合直流输电系统，其特征在于，当所述阻尼单元故障或需要改变直流功率输送方向时，闭合所述故障控制装置的第二开关。
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