CN114024297A - 一种可控避雷器及降低操作过电压的方法、系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种可控避雷器及降低操作过电压的方法、系统，针对避雷器残压问题提出改进措施，将直流断路器中的避雷器替换为可控避雷器，动态改变避雷器的伏安特性，从而降低直流断路器中避雷器的残压。其中可控避雷器由受控元件和固定元件构成的避雷器本体、可控开关；受控元件和固定元件串联，可控开关并联于受控元件的两端。通过由本申请可控避雷器构成的直流断路器应用于柔性直流配电网，可以降低系统绝缘水平，提高系统可靠性。从而解决了现有技术要求系统的绝缘水平较高、且系统可靠性较差的技术问题。

Description

一种可控避雷器及降低操作过电压的方法、系统
技术领域
本申请涉及电力技术领域，尤其涉及一种可控避雷器及降低操作过电压的方法。
背景技术
近年来，基于电压源换流器的柔性直流输电凭借其电能质量高、有功无功解耦控制、不存在换相失败的问题、可以向无源系统供电、占地面积小等优点，成为解决可再生能源大规模并网、海岛输电等问题的重要技术手段，受到了广泛关注，成为电力系统发展的重要方向之一。直流断路器可以在毫秒级的时间内切除短路电流，避免故障造成整个柔性直流系统停运，在柔性直流输电系统中至关重要。
当柔直配电网线路侧发生短路故障时，故障线路两端直流断路器动作切除故障电流，断路器两端电压较高，当断路器端电压超过避雷器动作电压时，电流换流至避雷器支路，避雷器吸收能量，此时直流断路器两端的最大电压与避雷器电压基本一致，直流断路器避雷器残压是造成柔直配电网过电压的主要原因。现有技术主要是通过在系统中布置避雷器的方式来限制由避雷器残压引起的系统过电压，但是该技术方案要求整个系统的绝缘水平较高、且系统可靠性得不到保障。
发明内容
本申请提供了一种可控避雷器及降低操作过电压的方法、系统，用于解决现有技术要求系统的绝缘水平较高、且系统可靠性较差的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种可控避雷器，所述可控避雷器包括：
由受控元件和固定元件构成的避雷器本体、可控开关；
所述受控元件和所述固定元件串联，所述可控开关并联于所述受控元件的两端，其中，所述受控元件的额定电压和所述避雷器本体的额定电压之比为可控比；
所述可控避雷器应用于直流断路器。
可选地，所述可控开关为：电力电子开关。
可选地，所述可控开关为：可控间隙。
本申请第二方面提供一种降低操作过电压的方法，所述方法包括：应用于上述第一方面所述的可控避雷器组成的柔性直流系统，方法包括：
当柔性直流系统为正常运行状态时，控制可控开关为断开状态，并对避雷器本体的电压进行检测；
当检测到避雷器本体的电压高于设定的动作阈值时，控制可控开关为闭合状态，使得可控避雷器的受控元件短路。
可选地，所述当柔性直流系统为正常运行状态时，控制可控开关为断开状态，并对避雷器本体的电压进行检测，之后还包括：
柔性流电网线路侧发生短路故障后，故障线路两端的直流断路器进行动作，从而在线路产生过电压。
本申请第三方面提供一降低操作过电压的系统，所述系统包括：
检测模块，用于当柔性直流系统为正常运行状态时，控制可控开关为断开状态，并对避雷器本体的电压进行检测；
第一控制模块，用于当检测到避雷器本体的电压高于设定的动作阈值时，控制可控开关为闭合状态，使得可控避雷器的受控元件短路。
可选地，还包括：
第二控制模块，用于柔性流电网线路侧发生短路故障后，故障线路两端的直流断路器进行动作，从而在线路产生过电压。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请提供了一种可控避雷器及降低操作过电压的方法、系统，针对避雷器残压问题提出改进措施，将直流断路器中的避雷器替换为可控避雷器，动态改变避雷器的伏安特性，从而降低直流断路器中避雷器的残压。其中可控避雷器由受控元件和固定元件构成的避雷器本体、可控开关；受控元件和固定元件串联，可控开关并联于受控元件的两端。通过由本申请可控避雷器构成的直流断路器应用于柔性直流配电网，可以降低系统绝缘水平，提高系统可靠性。从而解决了现有技术要求系统的绝缘水平较高、且系统可靠性较差的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例中提供的一种可控避雷器的结构示意图；
图2为本申请实施例中提供的一种降低操作过电压的方法流程示意图；
图3为本申请实施例中提供的一种三端柔性直流配电网的结构示意图；
图4a为采用非可控避雷器时关键点的电压波形示意图；
图4b为采用可控比为15％的可控避雷器时关键点的电压波形示意图；
图4c为采用可控比为25％的可控避雷器时关键点的电压波形示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，图1为本申请实施例中提供的一种可控避雷器的结构示意图。
本申请实施例提供的一种可控避雷器，包括：：由受控元件和固定元件构成的避雷器本体、可控开关；受控元件和固定元件串联，可控开关并联于受控元件的两端，其中，受控元件的额定电压和避雷器本体的额定电压之比为可控比；可控避雷器应用于直流断路器。
需要说明的是，本申请的可控避雷器是一种通过动态改变金属氧化物避雷器的伏安特性达到限压的目的的新型设备，其拓扑结构如图1所示。它在结构上由避雷器本体和可控开关构成，避雷器本体由受控元件和固定元件两部分串联组成，可控开关可采用电力电子开关或可控间隙，与受控元件并联组成可控部分。
受控元件的额定电压与避雷器本体的额定电压之比为可控比，是可控避雷器的一个关键参数。可控避雷器固定元件和受控元件的额定电压的选取需考虑：1)固定元件和受控元件的额定电压之和满足系统绝缘配合要求；2)固定元件的额定电压能保证线路中的能量能通过避雷器安全释放，且不超过固定元件吸收能量的上限。可控比过高则系统能量不能完全通过避雷器释放，可控比低则降低过电压效果较弱。
以上为本申请实施例提供的一种可控避雷器的实施例，以下为本申请实施例提供的一种降低操作过电压的方法的实施例。
请参阅图2，图2为本申请实施例中提供的一种降低操作过电压的方法流程示意图。
步骤201、将直流断路器中的避雷器替换为可控避雷器。
需要说明的是，在柔性直流配电网中，线路侧发生短路故障，线缆两端直流断路器动作，当端电压超过避雷器动作电压时，电流换流至避雷器支路，避雷器吸收能量，而避雷器残压会引起系统过电压的问题。本申请提供了一种可控避雷器降低直流断路器操作过电压的方法，将直流断路器的避雷器替换为可控避雷器，改变其伏安特性，降低系统过电压水平和绝缘要求，提高系统可靠性。
步骤202、当柔性直流系统为正常运行状态时，控制可控开关为断开状态，并对避雷器本体的电压进行检测。
需要说明的是，柔性直流系统正常运行状态下，控制可控开关为断开状态，对避雷器本体的电压进行检测。
步骤203、柔性流电网线路侧发生短路故障后，故障线路两端的直流断路器进行动作，从而在线路产生过电压。
需要说明的是，当柔性流电网线路侧发生短路故障时，直流断路器动作，其两端产生较高的电压，与系统电压叠加在线路上产生过电压。
步骤204、当检测到避雷器本体的电压高于设定的动作阈值时，控制可控开关为闭合状态，使得可控避雷器的受控元件短路。
需要说明的是，当检测到避雷器本体上的电压高于设定的动作阈值时，检测控制系统发出动作信号，可控避雷器接收动作信号，可控开关闭合，将可控避雷器的受控元件短路，整支可控避雷器的残压仅为固定元件的残压，降低直流断路器避雷器残压，从而深度降低系统的过电压水平。
本申请提供了一种基于可控避雷器的降低操作过电压方法，针对避雷器残压问题提出改进措施，将直流断路器中的避雷器替换为可控避雷器，动态改变避雷器的伏安特性，从而降低直流断路器中避雷器的残压。其中可控避雷器由受控元件和固定元件构成的避雷器本体、可控开关；受控元件和固定元件串联，可控开关并联于受控元件的两端。通过由本申请可控避雷器构成的直流断路器应用于柔性直流配电网，可以降低系统绝缘水平，提高系统可靠性。从而解决了现有技术要求系统的绝缘水平较高、且系统可靠性较差的技术问题。
以下位本申请的仿真实施例：
为具体详细的说明该方案的实施过程，下面结合三端柔性直流配电网进行说明。在如图3所示的三端柔性直流配电网中，直流系统采用伪双极结构，每个换流站只包含一个换流阀。换流站之间通过电缆相连。换流站交流测通过联接变压器与交流系统相连，直流侧的每条线路的正负极两端安装有直流断路器，直流断路器可以为机械式直流断路器、混合式直流断路器、耦合负压式断路器。此例采用机械式直流断路器，当图中所示位置发生双极短路故障时，线缆两端机械式直流断路器动作。
机械式直流断路器分别采用非可控避雷器，可控比为15％的可控避雷器，可控比为25％的可控避雷器，进行仿真。关键点电压波形如图4a、4b、4c所示(图中：1为限流电抗器出口的电压波形；2为阀侧母线出口的电压波形；3为直流断路器直流线路侧的电压波形)。由图可知，直流断路器采用可控避雷器可降低系统发生双极短路故障时直流断路器动作引起的过电压，可控比越高，过电压水平降低越多。
以上为本申请实施例提供的一种降低操作过电压的方法的实施例，以下为本申请实施例提供的一种降低操作过电压的系统的实施例。
本申请实施例提供的一种降低操作过电压的系统，包括：
检测模块，用于当柔性直流系统为正常运行状态时，控制可控开关为断开状态，并对避雷器本体的电压进行检测；
第一控制模块，用于当检测到避雷器本体的电压高于设定的动作阈值时，控制可控开关为闭合状态，使得可控避雷器的受控元件短路。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种可控避雷器，其特征在于，包括：由受控元件和固定元件构成的避雷器本体、可控开关；
所述受控元件和所述固定元件串联，所述可控开关并联于所述受控元件的两端，其中，所述受控元件的额定电压和所述避雷器本体的额定电压之比为可控比；
所述可控避雷器应用于直流断路器。
2.根据权利要求1所述的可控避雷器，其特征在于，所述可控开关为：电力电子开关。
3.根据权利要求1所述的可控避雷器，其特征在于，所述可控开关为：可控间隙。
4.一种降低操作过电压的方法，其特征在于，应用于由权利要求1-3中任意一项所述的可控避雷器组成的柔性直流系统，方法包括：
当柔性直流系统为正常运行状态时，控制可控开关为断开状态，并对避雷器本体的电压进行检测；
当检测到避雷器本体的电压高于设定的动作阈值时，控制可控开关为闭合状态，使得可控避雷器的受控元件短路。
5.根据权利要求4所述的降低操作过电压的方法，其特征在于，所述当柔性直流系统为正常运行状态时，控制可控开关为断开状态，并对避雷器本体的电压进行检测，之后还包括：
柔性流电网线路侧发生短路故障后，故障线路两端的直流断路器进行动作，从而在线路产生过电压。
6.一种降低操作过电压的系统，其特征在于，包括：
检测模块，用于当柔性直流系统为正常运行状态时，控制可控开关为断开状态，并对避雷器本体的电压进行检测；
第一控制模块，用于当检测到避雷器本体的电压高于设定的动作阈值时，控制可控开关为闭合状态，使得可控避雷器的受控元件短路。
7.根据权利要求6所述的降低操作过电压的系统，其特征在于，还包括：
第二控制模块，用于柔性流电网线路侧发生短路故障后，故障线路两端的直流断路器进行动作，从而在线路产生过电压。
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