JP6833972B2 - 高圧直流遮断器の閉極制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、高圧直流遮断器の閉極制御方法に関し、遮断器技術分野に属す。

フレキシブルな直流送電において、電圧源型のコンバータを使用しており、独立、迅速的に有効パワーと無効パワーをコントロールすることができる。それで、システムの安定性を高め、システムの周波数と電圧の変動を抑制し、グリッド接続した交流システムの安定性能を高めることができる。化石エネルギーの日々枯渇及び環境改善プレッシャの日々増加に伴い、中国乃至全世界において、エネルギー構造が戦略的な調整に面しており、新エネルギーの大規模的な開発及び使用をやらざるを得ない。

フレキシブルな直流送電がより高い電圧と更に大きな容量への発展に伴い、フレキシブルな直流送電を架空線送電に応用し、わが国のエネルギー資源の合理化配置の客観要求を実現することも将来の電気ネットワーク技術発展のトレンドである。架空線が故障する確率は高いため、落雷等の原因により、線路電信柱等の過電圧破壊を引き起こす可能性あり、直流回路の瞬時的なシュート故障が発生する。フレキシブルな直流送電システムにおいて、高圧直流遮断器を配置することにより、故障を迅速的に隔離し、如何にしてシステムの作動を速やかに回復させることは工程応用における至急に解決が必要のある課題である。直接に高圧直流遮断器を再導通して、直流回路に充電すると、過電圧及びシステム振動の問題が発生する。高圧直流遮断器の外部に、並列に接続する抵抗とバイパススイッチを直列に接続して配置することは、回路に予めに充電して、閉極操作による生じた過電圧を低下させることができるが、場所とコストが別に増加される。

本発明は、高圧直流遮断器の閉極制御方法を提供することを目的としており、遮断分岐回路の遮断ユニットを一組一組に導通し、遮断状態にある遮断ユニットの非線性抵抗素子によって、送電システムを安定的に充電させる；これにより、閉極操作によって生じた過電圧とシステムの振動を有効的に低下し、送電システムの確実な安全運作動を保証できる。

上記目的を達成するために、本発明が採用した技術手段が以下の通りである。

高圧直流遮断器の閉極制御方法であって、前記高圧直流遮断器が互いに並列に接続する導通分岐回路と遮断分岐回路を備え、前記導通分岐回路は互いに直列に接続する機械開閉器と導通のバルブセットを備え、前記遮断分岐回路は少なくともひとつの互いに直列に接続する遮断ユニットを備え、前記遮断ユニットは互いに並列に接続する遮断バルブセットと非線性抵抗素子を備え、前記高圧直流遮断器の閉極制御方法として、まず遮断分岐回路を導通し、その次、導通分岐回路を導通し、最後に遮断分岐回路を遮断する；
前記遮断分岐回路を導通する方法として、遮断分岐回路の遮断ユニットを一組一組に導通し、各組の遮断ユニットは少なくともひとつの遮断ユニットを備える；
前記遮断分岐回路の遮断ユニットを一組一組に導通する過程において、遮断状態にある遮断ユニットの非線性抵抗素子によって、送電システムに充電する。

なお、前記遮断分岐回路の遮断ユニットを一組一組に導通することに関して、その各組の数量及びその導通順序が送電システムの過電圧レベルUmaxと閉極の許容最大時間Tmaxによって決められる； 任意の一組が投入後、衝撃電圧は送電システムの過電圧レベルUmaxの２倍より大きくないことを満足する；すべての組の全部投入時間は工程が要求する閉極の許容最大時間Tmaxより大きくないことを満足する。

なお、前記遮断分岐回路の遮断ユニットを一組一組に導通する過程において、現在の組の遮断ユニットを導通した後に、送電システムは故障が発生したかどうかを判断し、故障が未発生の場合、継続的に次の組の遮断ユニットを導通し、すべての組の遮断ユニットを全部導通するまで行い、その後、更に次のステップの操作を継続する； 故障が発生した場合、全部の組における導通された遮断ユニットを遮断し、且つ閉極操作を終了する。

なお、前記送電システム故障は回路故障、変流ステーション故障と直流遮断器故障を含む。

なお、前記遮断分岐回路を導通することは遮断ユニットにおける遮断バルブセットの半導体スイッチング素子を開放することであり、遮断分岐回路を遮断することは、遮断ユニットにおける遮断バルブセットの半導体スイッチング素子を導通することである。

なお、前記導通分岐回路を導通することは、機械スイッチと導通バルブセットを導通することである。

なお、前記各組の数量及び導通順序が予め設定してもよいし、又はオンライン計算により、決定してもよい。

既存技術と比較し、本発明の有益効果が以下である：
１）遮断分岐回路における非線性抵抗素子を用い、送電システムに予め充電することによって、コストと使用場所面積を有効的に節約できる。現在、既存技術においては、
例えばフレキシブルな直流送電コンバータ（VSC)、統合電力潮流コントローラー（UPFC)、静的無効電力補償装置等の装置は、すべて充電抵抗とバイパススイッチを別追加にすることによって、実現できたのである。
２）非線性抵抗素子を十分に利用し、システムが約束した条件の元、遮断分岐回路における遮断ユニットを一組一組に導通することによって、閉極操作によって生じた衝撃過電圧とシステム振動を除去し、それが原因としてのシステムのその他の重要な設備に対して、生じたマイナス影響を除去し、システム全体運転の安定性と確実性を高められる。

図１は、本発明が提供する高圧直流遮断器の閉極制御方法のプロセス図であ る。 図２は、高圧直流遮断器のトポロジー基本構造を示している。 図３は、高圧直流遮断器が配置される直流送電システムの等価回路図を示し ている。 図４は、現在の高圧直流遮断器の閉極制御方法における電圧波形を示してい る（図にあるpuが直流回路の電圧単位値である）。 図５は本発明が提供する高圧直流遮断器の閉極制御方法における電圧波形を 示している（図にあるpuが直流回路の電圧単位値である）。

以下図面を参照しながら、本発明をより詳しく説明する。以下実施例は本発明の技術手段をより明確に説明するためだけのものであり、本発明の保護範囲を限定するものではない。

図２に示すように、高圧直流遮断器トポロジー構造は導通分岐回路（１）と遮断分岐回路（２）を含み、導通分岐回路（１）と遮断分岐回路（２）は互いに並列に接続する。導通分岐回路は直列に接続する機械スイッチと導通バルブセットを備え、機械スイッチはひとつのスイッチであってもよく、または複数個のスイッチが直列に接続されたものてもよい。遮断分岐回路には少なくとも一組の直列接続する遮断ユニットを備え、遮断ユニットは互いに並列に接続する遮断バルブセットと非線性抵抗素子を備える。

図３には、高圧直流遮断器が配置される直流送電システムの等価回路図を示しており、直流コンバータステーションアウトプットが高圧直流遮断器と接続し、高圧直流遮断器アウトプットが送電線と接続し、送電線路用インダクタンスは電気容量と等価である。Usは高圧直流遮断器コンバータステーション側の対地電圧を示し、Uｂは高圧直流遮断器の両端電圧を示し、Uｌは高圧直流遮断器回路側の対地電圧を示し、Uｒは回路の遠い端電圧を示す。

現在、高圧直流遮断器の閉極制御方法としては、遮断分岐回路を導通し、その次導通分岐回路を導通し、最後に遮断分岐回路を遮断する。図４において、現在高圧直流遮断器閉極制御方法における電圧波形を示している。時刻ｔにおいて、遮断分岐回路を導通する、即ち、すべての遮断分岐回路の遮断ユニットは全部導通され、高圧直流遮断器の両端電圧Uｂが瞬時にゼロに下がり、高圧直流遮断器回路側の対地電圧Uｌは瞬時にコンバータステーション側の対地電圧Uｓと同等となり、該電圧ステップ変化は回路遠い端電圧Uｒの強烈の振動を引き起こし、比較的に高い過電圧と振動はシステムの運転に悪い影響を生じる、例えば、回路のアレスタが作動する、コンバータステーション導通等。

本発明の高圧直流遮断器の閉極制御方法として、まず遮断分岐回路の遮断ユニットを一組一組に導通し、その次、導通分岐回路を導通し、最後に遮断分岐回路を遮断する。

遮断分岐回路の遮断ユニットを一組一組に導通する過程において、遮断状態にある遮断ユニットの非線性抵抗素子によって、送電システムに充電する。実際の工程応用において、非線性抵抗素子が酸化亜鉛アレスタであることが可能である。

遮断分岐回路の遮断ユニットを一組一組に導通し、その各組の数量と導通順序が送電システムの過電圧レベルUmaxと閉極の許容最大時間Tmaxによって決定される。任意一組が投入された後、衝撃電圧が送電システムの過電圧レベルUmaxの2倍より多くないことを満足する；全組の投入時間は工程要求する閉極の許容最大時間Tmaxより多くない。

遮断分岐回路の遮断ユニットを一組一組に導通する過程において、現在の組の遮断ユニットを導通した後に、送電システムが故障したかどうかを判断し、送電システムの故障が回路故障、コンバータステーション故障と直流遮断器故障を含む。故障が未発生の場合、次の組の遮断ユニットを導通し、すべて組の遮断ユニットが全部導通されるまで行い、その後、次のステップの操作を継続する。故障は発生した場合、全部の組の導通された遮断ユニットを遮断し、かつ閉極操作を終了させる。

図５において、本発明の高圧直流遮断器の閉極制御方法における電圧波形を示している。時刻ｔから、閉極操作が開始し、第１組、第２組、第３組、第・・・組遮断ユニットが一組一組に導通されることに伴い、高圧直流遮断器両端の電圧Uｂがゆっくり下がり、高圧直流遮断器回路側の電圧Uｌがゆっくり上昇し、それで回路の遠い端の電圧Uｒがゆっくり上昇し、閉極操作によって生じた過電圧とシステムの振動を効果的に回避できた。

以下は、十個の遮断ユニットを有するひとつの遮断分岐回路の高圧直流遮断器を例にして、本発明の高圧直流遮断器の閉極制御方法の具体的な実施形態をより詳しく説明する。

遮断分岐回路における遮断ユニットをグループ分け及び順番付けを実施し、衝撃電圧及び閉極時間の両方共に、要求を満足させる。グループ分けと順番付けは多種類の組合せで、実行可能である。例えば、
１）２組に分ける：第１組は五つの遮断ユニットを有し、第２組は五つの遮断ユニットを有する；第１組は六つの遮断ユニットを有し、第２組は四つの遮断ユニットを有する；・・・
２）３組に分ける：第１組は五つの遮断ユニットを有し、第２組は三つの遮断ユニットを有し、第３組は二つの遮断ユニットを有する；第１組は五つの遮断ユニットを有し、第２組は二つの遮断ユニットを有し、第３組は三つの遮断ユニットを有する；・・・
３）４組に分ける：第１組は五つの遮断ユニットを有し、第２組は三つの遮断ユニットを有し、第３組はひとつの遮断ユニットを有し、第４組はひとつの遮断ユニットを有する；第１組は三つの遮断ユニットを有し、第２組はひとつの遮断ユニットを有し、第３組はひとつの遮断ユニットを有し、第４組は五つの遮断ユニットを有する；・・・
４）５組に分ける：第１組は五つの遮断ユニットを有し、第２組は三つの遮断ユニットを有し、第３組はひとつの遮断ユニットを有し、第４組はひとつの遮断ユニットを有し、第５組はひとつの遮断ユニットを有する；第１組は五つの遮断ユニットを有し、第２組はひとつの遮断ユニットを有し、第３組はひとつの遮断ユニットを有し、第４組は二つの遮断ユニットを有し、第５組は五つの遮断ユニットを有する；・・・
５）６組に分ける；・・・
６）７組に分ける：・・・
７）８組に分ける；・・・
８）９組に分ける：・・・
９）１０組に分ける：・・・
システムのシミュレーション又は理論計算によって、グループ分けと順番付けの案は衝撃電圧と閉極時間の要求を満足できるかどうかを得られる。

図１において、本発明の高圧直流遮断器の閉極制御方法のプロセス図の実施例を示している。
具体的なステップは以下の通りである。
ステップ１：閉極操作命令を受けた後に、組番号Nに対して、初期値１を付与する。
ステップ２：第N組の遮断ユニット（N＝１、２、３・・・）を導通し、即ち、第N組遮断ユニットの遮断バルブセットの半導体スイッチング素子を開放する。第N組遮断ユニットが導通された後、遮断されていない遮断ユニットの非線性抵抗素子が低抵抗状態になり、送電システムに充電する。
ステップ３：回路に故障が発生したかどうかを判断する。第N組遮断ユニットが導通された後、送電システムに故障が発生したかどうかを判断する時間を確保し、例えば、回路故障、コンバータステーション故障又は高圧直流遮断器故障等。故障が発生した場合、ステップ（７）に進み、高圧直流遮断器の閉極が失敗した；回路に故障が発生していない場合、ステップ４に進み、次の操作を実施する。
ステップ４：N=N+1、次の組の遮断ユニットを導通準備をする。
ステップ５：遮断ユニットはすべて導通されたかどうかを判断する。全部導通の場合、ステップ（６）に進み、そうでない場合、ステップ（２）に入る。
ステップ７：遮断分岐回路の全部の遮断ユニットを遮断し、高圧直流遮断器の閉極が成功した。
ステップ８：閉極操作が完了した。
上記実施ステップにおいて、遮断分岐回路の遮断ユニットにおけるグループ分け及び順番付けの実施方法は、番号づけずに実施することに改善することも可能である。

上記は本発明の好ましい実施形態のみであり、本領域の通常な技術者にとって、本発明の技術原理を逸脱しない前提で、本発明に対し、若干の改善及び変更することが可能であり、これらの改善及び変更も本発明の保護範囲に見なすべきである。

Claims (5)

1. 高圧直流遮断器の閉極制御方法であって、前記高圧直流遮断器が互いに並列に接続する導通分岐回路と遮断分岐回路を備え、前記導通分岐回路は互いに直列に接続する機械スイッチと導通バルブセットを備え、前記遮断分岐回路は複数個の互いに直列に接続する遮断ユニットを備え、前記遮断ユニットは互いに並列に接続する遮断バルブセットと非線性抵抗素子を備え、前記高圧直流遮断器の閉極制御方法としては、前記直流遮断器の制御システムが、まず遮断分岐回路を導通し、その次、導通分岐回路を導通し、最後に遮断分岐回路を遮断する；
   前記遮断分岐回路を導通する方法は、遮断分岐回路の遮断ユニットを一組ずつ順番に導通することである；
   前記遮断分岐回路の遮断ユニットを一組ずつ順番に導通する過程において、遮断状態にある遮断ユニットの非線性抵抗素子によって、送電線および遮断器を少なくとも含む構成要素からなる送電システムに予め充電し、
   遮断分岐回路が複数個の遮断ユニットを備える場合、前記遮断分岐回路の遮断ユニットを一組ずつ順番に導通する過程において、
   前記送電システムの過電圧レベルUmax及び閉極の最大許容時間Tmaxが、遮断ユニットの数量及びその導通順序を決め；
   遮断ユニットの任意一組が投入後、衝撃電圧は前記送電システムの過電圧レベルの電圧Umaxの２倍より小さいか、または電圧Umaxと同等である；
   すべての遮断ユニットが投入する時間の合計は工程が実施されるのに必要とする閉極の最大許容時間Tmaxより小さいか、またはTmaxと同等であり、
   前記遮断分岐回路の遮断ユニットを一組ずつ順番に導通する過程において、現在の組の遮断ユニットを導通した後に、前記送電システムは前記構成要素の故障が発生したかどうかを判断し、
   故障が未発生の場合、すべての組の遮断ユニットを全部閉じるまで継続的に次の組の遮断ユニットを導通し、その後、更に次のステップの操作を継続する；
   故障が発生した場合、すべての組における既に導通された遮断ユニットを遮断し、且つ閉極操作を終了させることを特徴とする高圧直流遮断器の閉極制御方法。
2. 前記送電システムの前記構成要素の故障は送電線故障、コンバータおよびその他の機器を備えるコンバータステーション内における任意の機器の障害と直流遮断器故障を含むことを特徴とする請求項１に記載の高圧直流遮断器の閉極制御方法。
3. 前記遮断分岐回路を導通することは遮断ユニットにおける遮断バルブセットの半導体スイッチング素子を開放することであり、遮断分岐回路を遮断することは、遮断ユニットにおける遮断バルブセットの半導体スイッチング素子を導通することであることを特徴とする請求項１に記載の高圧直流遮断器の閉極制御方法。
4. 前記導通分岐回路を導通することは、機械スイッチと導通バルブセットを導通することであることを特徴とする請求項１に記載の高圧直流遮断器の閉極制御方法。
5. 前記遮断ユニットの数量と導通順序は、人が予め決定し、又はオンラインを用いて計算して決定し、その数の遮断ユニットを直列接続したものを決定していた順序で導通することを特徴とする請求項１に記載の高圧直流遮断器の閉極制御方法。