一種切除柔性直流輸電系統(tǒng)直流線路瞬時(shí)性短路接地故障的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種切除柔性直流輸電系統(tǒng)直流線路瞬時(shí)性短路接地故障的方法，屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】；該方法兼顧電力系統(tǒng)對(duì)切除柔性直流輸電系統(tǒng)切除故障能力的要求，借助柔性直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性，利用交流斷路器能夠切斷數(shù)值小于一定范圍的直流電流的特點(diǎn)，將交流斷路器串聯(lián)在換流變壓器中性點(diǎn)與接地電阻之問(wèn)，起到切斷直流故障電流的作用。該發(fā)明利用交流斷路器解決了由于要切除直流線路瞬時(shí)性短路接地故障而停運(yùn)整個(gè)柔性直流輸電系統(tǒng)的問(wèn)題。該方法具有技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)可靠、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)異的特點(diǎn)，可應(yīng)用于柔性直流輸電實(shí)際工程中。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種切除柔性直流輸電系統(tǒng)直流線路瞬時(shí)性短路接地故障的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種切除柔性直流輸電系統(tǒng)直流線路瞬時(shí)性短路接地故障的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)中的元件發(fā)生短路故障后一般是通過(guò)故障元件兩端串聯(lián)的斷路器切斷故障電流，從而實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)電弧的熄滅。在交流系統(tǒng)中，電流每周波有兩次自然過(guò)零點(diǎn)，交流斷路器就是充分利用此時(shí)機(jī)熄滅電弧，完成介質(zhì)恢復(fù)。而直流系統(tǒng)不存在自然過(guò)零點(diǎn)，因此，開(kāi)斷直流線路就要困難很多，直流線路開(kāi)斷的首要任務(wù)是熄滅電弧，其次由于直流系統(tǒng)中電感的存在，系統(tǒng)里儲(chǔ)存了大量的能量，需要采取有效手段來(lái)耗散這些能量，同時(shí)需要抑制過(guò)電壓，保證間隙完成介質(zhì)恢復(fù)和保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備免受損壞，雖然現(xiàn)在有很多直流開(kāi)斷方法，像“人工制造零點(diǎn)法”，“增大電弧電壓法”，但這些方法都有一定的使用范圍，能力有限，設(shè)備造價(jià)昂貴，尚未推廣到工程應(yīng)用。
[0003]以可關(guān)斷電力電子器件和PWM技術(shù)為基礎(chǔ)的柔性直流輸電技術(shù)發(fā)展迅速，與傳統(tǒng)直流相比，它可以進(jìn)行有功和無(wú)功快速獨(dú)立控制，有兩個(gè)控制自由度，無(wú)換向失敗問(wèn)題，可以向無(wú)源電網(wǎng)供電。而且多端柔性直流輸電系統(tǒng)與兩端柔性直流輸電系統(tǒng)相比，在運(yùn)行靈活性、可靠性上更有優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建多端柔性直流輸電系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足電網(wǎng)互聯(lián)、城市電網(wǎng)供電、多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)(新能源)互聯(lián)等需求。但柔性直流輸電系統(tǒng)也存在許多不足之處，其中最大的不足就是不能有效控制直流側(cè)故障時(shí)的故障電流，一旦直流側(cè)故障，交流斷路器必須斷開(kāi)，停運(yùn)整個(gè)柔性直流輸電 系統(tǒng)，所以如何保持柔性直流輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行是普遍關(guān)注的問(wèn)題。
[0004]在中國(guó)，柔性直流輸電系統(tǒng)換流變壓器一般采用Λ/Υη型接法，如圖1所示，即換流變壓器網(wǎng)側(cè)繞組采用三角形聯(lián)接，閥側(cè)繞組采用星形聯(lián)接，將閥側(cè)繞組的中性點(diǎn)經(jīng)一個(gè)大電阻R接地，采用△ /Yn型接法這種接地方式主要目的是使柔性直流輸電系統(tǒng)直流線路對(duì)地呈現(xiàn)出對(duì)稱(chēng)的正、負(fù)極性，從而可以降低直流線路的絕緣水平，而接地電阻R很大是為了保證交流電網(wǎng)故障時(shí)傳遞到換流器側(cè)的零序電流很小。
[0005]在柔性直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，如何切除直流線路短路接地故障具有重要的實(shí)用價(jià)值，目前，在直流斷路器不能工程化應(yīng)用的前提下，切除直流線路瞬時(shí)性短路接地故障和切除直流線路永久性短路接地故障的策略相同，必須停運(yùn)整個(gè)系統(tǒng)。此方法有如下缺
占-
^ \\\.[0006]I)增加了柔性直流輸電系統(tǒng)的停運(yùn)概率；
[0007]2)如果運(yùn)行系統(tǒng)與重要負(fù)荷相連，則為了切除直流線路瞬時(shí)性短路接地故障而停運(yùn)整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)造成重大損失；
[0008]3)如果運(yùn)行系統(tǒng)與風(fēng)電場(chǎng)(新能源)相連，則為了切除直流線路瞬時(shí)性短路接地故障而停運(yùn)整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)導(dǎo)致新能源的退出并重新投入，減小了能源利用率；[0009]4)如果兩個(gè)非同步電網(wǎng)通過(guò)柔性直流輸電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，則為了切除直流線路瞬時(shí)性短路接地故障而停運(yùn)整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)非同步電網(wǎng)內(nèi)部功率不平衡，電網(wǎng)安穩(wěn)控制保護(hù)動(dòng)作，失去部分電源或者負(fù)荷，甚至導(dǎo)致連鎖故障，造成同步電網(wǎng)癱瘓；
[0010]5)如果地區(qū)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線由交流和柔性直流輸電系統(tǒng)組成，則為了切除直流線路瞬時(shí)性短路接地故障而停運(yùn)整個(gè)系統(tǒng)，可能導(dǎo)致交流線路過(guò)載，甚至線路潮流超過(guò)其暫穩(wěn)極限，造成電網(wǎng)安穩(wěn)控制保護(hù)動(dòng)作。
[0011]綜上所述，在直流斷路器尚未工程化應(yīng)用的背景下，為了提高柔性直流輸電穩(wěn)定性和可靠性，充分發(fā)揮柔性直流輸電的優(yōu)勢(shì)，需要一種更加靈活有效的切除直流線路瞬時(shí)性短路接地故障的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的是針對(duì)切除柔性直流輸電系統(tǒng)直流線路瞬時(shí)性短路接地故障，需要將整個(gè)系統(tǒng)停運(yùn)這一問(wèn)題，提供了一種切除柔性直流輸電系統(tǒng)直流線路瞬時(shí)性短路接地故障的方法，該方法通過(guò)交流斷路器和簡(jiǎn)單的順序操作，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)認(rèn)為需要直流斷路器才能實(shí)現(xiàn)的切除直流線路故障電流的功能，在不影響整個(gè)柔性直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下，實(shí)現(xiàn)柔性直流輸電系統(tǒng)直流線路瞬時(shí)性短路接地故障的切除。
[0013]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的解決方法是:
[0014]如圖2所示，每個(gè)換流站交流側(cè)包括相互串聯(lián)的交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)，換流變壓器，其中換流變壓器為A /Yn型接法，在換流變壓器閥側(cè)繞組中性點(diǎn)與接地電阻R之間串聯(lián)電流互感器CT以測(cè)量接地電流，串聯(lián)交流斷路器Q2以切斷直流線路短路故障電流，直流側(cè)包含串聯(lián)的一組隔離刀閘QSl與直流母線相連。接地電阻R很大，第一保證交流電網(wǎng)故障時(shí)傳遞到換流器側(cè)的零序電流很小，第二保證直流線路短路接地故障后，流過(guò)換流變壓器中性點(diǎn)連接的交流斷路器入地的電流、很小，交流斷路器可以快速切斷電弧。
[0015]柔性直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，換流變壓器中性點(diǎn)串聯(lián)的交流斷路器Q2處于合位，在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，接地支路沒(méi)有電流通過(guò)，即ig = O。
[0016]本發(fā)明提出了一種切除柔性直流輸電系統(tǒng)直流線路瞬時(shí)性短路接地故障的方法，所述柔性直流輸電系統(tǒng)包括借助直流線路連接的兩端、三端及三端以上的換流站，該系統(tǒng)每個(gè)換流站交流側(cè)包括相互串聯(lián)的交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)，換流變壓器，其中換流變壓器網(wǎng)側(cè)繞組采用三角形聯(lián)接，閥側(cè)繞組采用星形聯(lián)接，閥側(cè)星型繞組中性點(diǎn)通過(guò)串聯(lián)一組交流斷路器、電流互感器和大電阻接地；直流側(cè)包含串聯(lián)的一組隔離刀閘與直流母線相連。
[0017]該方法借助電流互感器，通過(guò)分合與換流變壓器中性點(diǎn)連接的交流斷路器，來(lái)判斷短路故障類(lèi)型，并實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)認(rèn)為需要直流斷路器才能實(shí)現(xiàn)的切除直流線路瞬時(shí)性短路接地故障功能，在不影響整個(gè)柔性直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下，切除直流線路瞬時(shí)性短路接地故障。
[0018]柔性直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，與換流變壓器中性點(diǎn)連接的交流斷路器處于合位，在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，接地支路沒(méi)有電流通過(guò)。
[0019]該方法具體包括以下步驟:
[0020]I) 一旦通過(guò)換流變壓器中性點(diǎn)連接的交流斷路器的接地電流ig超過(guò)整定閾值O，則判斷柔性直流輸電系統(tǒng)直流線路發(fā)生短路接地故障，分本站換流變壓器中性點(diǎn)連接的交流斷路器Q2 ；
[0021]2)換流變壓器中性點(diǎn)連接的交流斷路器首先分開(kāi)的換流站記為A站；
[0022]3)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間合A站換流變壓器中性點(diǎn)連接的交流斷路器Q2 ；
[0023]4)判斷A站接地電流18是否小于設(shè)定值ε，如果不小于設(shè)定值ε，則判斷短路接地故障為永久性故障，停運(yùn)整個(gè)系統(tǒng)；如果ig小于設(shè)定值ε，則判斷短路接地故障為瞬時(shí)性故障，進(jìn)入下一步；
[0024]5)合其他換流變壓器中性點(diǎn)連接的交流斷路器Q2，切除故障完成。
[0025]較佳的，上述步驟I)的整定閾值σ和步驟4)的設(shè)定值ε與柔性直流輸電系統(tǒng)
額定電壓Vn和接地電阻R有關(guān)，取值為S = I，σ =5ε。
[0026]本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)是:該方法兼顧電力系統(tǒng)對(duì)切除柔性直流輸電系統(tǒng)切除故障能力的要求，借助柔性直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性，利用交流斷路器能夠切斷數(shù)值小于一定范圍的直流電流的特點(diǎn)，將交流斷路器串聯(lián)在換流變壓器中性點(diǎn)與接地電阻之間，起到切斷故障電流的作用。
[0027]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用技術(shù)成熟的交流斷路器代替尚不能工程推廣應(yīng)用的直流斷路器切斷柔性直流輸電系統(tǒng)短路接地故障電流，解決了柔性直流輸電系統(tǒng)發(fā)生直流線路瞬時(shí)性短路接地故障時(shí)需要停運(yùn)整個(gè)系統(tǒng)的問(wèn)題。該應(yīng)用具有技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)可靠、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)異的特點(diǎn)，可應(yīng)用于柔性直流輸電實(shí)際工程中。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的換流站不意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明提出的換流站示意圖；
[0030]圖3為柔性直流輸電系統(tǒng)示意圖(以四端柔性直流輸電系統(tǒng)為例說(shuō)明)；
[0031]圖4為切除直流輸電系統(tǒng)直流線路故障的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明提出的一種切除柔性直流輸電系統(tǒng)直流線路瞬時(shí)性短路接地故障的方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0033]本發(fā)明是針對(duì)的柔性直流輸電系統(tǒng)，包括借助直流線路連接的兩端、三端及三端以上的換流站，每個(gè)換流站交流側(cè)包括相互串聯(lián)的交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)Q1，如圖2所示，其中換流變壓器為Λ /Yn型接法，星型繞組中性點(diǎn)通過(guò)串聯(lián)一組交流斷路器Q2、電流互感器CT和大電阻R接地；直流側(cè)包含串聯(lián)的一組隔離刀閘QSl與直流母線相連。
[0034]如圖3所示，運(yùn)行站1、2、3、4組成正在穩(wěn)定運(yùn)行的四端柔性直流輸電系統(tǒng)，換流變壓器閥側(cè)繞組中性點(diǎn)與大電阻R之間串聯(lián)交流變壓器Q2和電流互感器CT，穩(wěn)態(tài)情況下接地支路沒(méi)有電流通過(guò)即ig = 0。
[0035]一旦換流站3直流線路A點(diǎn)發(fā)生瞬時(shí)短路接地故障，采用圖4所示步驟切除故障:
[0036]I) 一旦通過(guò)變壓器中性點(diǎn)交流斷路器Q2流進(jìn)大地的接地電流ig超過(guò)整定閾值σ，則判斷柔性直流輸電系統(tǒng)直流線路發(fā)生短路接地故障，分本站換流變壓器中性點(diǎn)連接的交流斷路器Q2 ；[0037]2)換流變壓器中性點(diǎn)連接的交流斷路器Q2首先分開(kāi)的換流站記為A站，在本例中A站為換流站3 ；
[0038]3)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，合A站換流變壓器中性點(diǎn)連接的交流斷路器Q2 ；
[0039]4)判斷接地電流18是否小于設(shè)定值e (很小)，如果不小于設(shè)定值e，則判斷短路接地故障為永久性故障，停運(yùn)整個(gè)系統(tǒng)；如果ig小于設(shè)定值e，則判斷短路接地故障為瞬時(shí)性故障，進(jìn)入下一步；
[0040]5)合其他換流變壓器中性點(diǎn)連接的交流斷路器Q2，切除故障完成。
[0041]上述步驟I)中整定閾值O和步驟4)中設(shè)定值￡與柔性直流輸電系統(tǒng)額定電壓
Vn和接地電阻R有關(guān)，一般取值為O =5e。



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[0042]本發(fā)明兼顧了電力系統(tǒng)對(duì)切除柔性直流輸電系統(tǒng)切除故障能力的要求,借助柔性直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性，利用交流斷路器能夠切斷數(shù)值小于一定范圍的直流電流的特點(diǎn)，將交流斷路器串聯(lián)在換流變壓器中性點(diǎn)與接地電阻之間，起到切斷故障電流的作用。其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)異、經(jīng)濟(jì)可靠，并且技術(shù)成熟，可應(yīng)用于柔性直流輸電實(shí)際工程中。
[0043]在說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例的同時(shí)，在不違背本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的前提下，各種各樣的修改或改型對(duì)本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)都是顯而易見(jiàn)的，因此，所有這些在本發(fā)明范圍內(nèi)的修改都應(yīng)包括`在本發(fā)明的權(quán)利要求內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種切除柔性直流輸電系統(tǒng)直流線路瞬時(shí)性短路接地故障的方法，所述柔性直流輸電系統(tǒng)包括借助直流線路連接的兩端、三端及三端以上的換流站，其特征在于，該系統(tǒng)每個(gè)換流站交流側(cè)包括相互串聯(lián)的交流進(jìn)線開(kāi)關(guān)，換流變壓器，其中換流變壓器網(wǎng)側(cè)繞組采用三角形聯(lián)接，閥側(cè)繞組采用星形聯(lián)接，閥側(cè)星型繞組中性點(diǎn)通過(guò)串聯(lián)一組交流斷路器、電流互感器和大電阻接地；直流側(cè)包含串聯(lián)的一組隔離刀閘與直流母線相連； 該方法借助電流互感器，通過(guò)分合與換流變壓器中性點(diǎn)連接的交流斷路器，來(lái)判斷短路故障類(lèi)型，并實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)認(rèn)為需要直流斷路器才能實(shí)現(xiàn)的切除直流線路瞬時(shí)性短路接地故障功能，在不影響整個(gè)柔性直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下，切除直流線路瞬時(shí)性短路接地故障。 柔性直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，與換流變壓器中性點(diǎn)連接的交流斷路器處于合位，在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，接地支路沒(méi)有電流通過(guò)； 該方法具體包括以下步驟: 1)一旦通過(guò)換流變壓器中性點(diǎn)連接的交流斷路器的接地電流18超過(guò)整定閾值O，則判斷柔性直流輸電系統(tǒng)直流線路發(fā)生短路接地故障，分本站換流變壓器中性點(diǎn)連接的交流斷路器； 2)換流變壓器中性點(diǎn)連接的交流斷路器首先分開(kāi)的換流站記為A站； 3)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間合A站換流變壓器中性點(diǎn)連接的交流斷路器； 4)判斷A站接地電流18是否小于設(shè)定值e，如果不小于設(shè)定值e，則判斷短路接地故障為永久性故障，停運(yùn)整個(gè)系統(tǒng)；如果ig小于設(shè)定值e，則判斷短路接地故障為瞬時(shí)性故障，進(jìn)入下一步； 5)合其他換流變壓器中性點(diǎn)連接的交流斷路器，切除故障完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種切除柔性直流輸電系統(tǒng)直流線路瞬時(shí)性短路接地故障的方法，其特征在于，步驟I)的整定閾值O和步驟4)的設(shè)定值e與柔性直流輸電系統(tǒng)額定電壓Vn和接地電阻R有關(guān)，取值為e = O =5e。
【文檔編號(hào)】H02H9/08GK103606911SQ201310473036
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】王一振, 袁志昌, 付姣, 宋強(qiáng), 劉文華, 陸超, 曹軍威, 王力光, 韓蓄, 劉鴻年 申請(qǐng)人:張家港智能電力研究院有限公司, 清華大學(xué)