一种柔性直流线路的故障检测装置及其充电方法、检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种柔性直流线路的故障检测装置及其充电方法、检测方法，属于柔性直流输电技术领域。
【背景技术】
[0002]柔性直流输电采用电压源型换流器，可以独立、快速控制控制有功功率和无功功率，从而提尚系统的稳定性，抑制系统频率和电压的波动，提尚并网交流系统的稳态性能。模块化多电平换流器不需要开关器件直接串联，并且通过多电平技术可以获得优异的谐波性能和损耗性能，在柔性直流输电领域是一种最有应用潜质的电压源换流器拓扑结构。
[0003]为了减少直流线路发生故障的概率，现有的柔性直流输电工程的传输线路一般采用海缆或陆缆进行换流站的互联，但为了提高直流电压等级、节省输电线路的造价，采用架空线路成为一种改进方向。当直流输电线路采用架空线时，雷击等原因可能导致线路杆塔等的过电压击穿，发生直流线路瞬时性短路故障。
[0004]常规直流输电系统中可通过快速移相重启的方法对直流线路瞬时性故障进行检测，最快Is以内恢复，但由于换流阀特性的差异该方法不适用于柔性直流输电系统。为了实现柔性直流输电系统在直流线路瞬时性故障后的快速恢复，首先需要一种有效的检测方法在最短的时间内判断出直流线路的故障类型。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种柔性直流线路的故障检测装置及其充电方法、检测方法，通过故障检测装置能够定性区分故障是永久性故障或者是瞬时性故障，避免了换流阀重新运行于故障，减少了对一次设备的损坏。
[0006]为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现:
[0007]本发明的一种柔性直流线路的故障检测装置，故障检测装置应用于由模块化多电平换流器组成的柔性直流输电系统，所述故障检测装置包括储能装置和与储能装置一端相连接的可控装置，所述储能装置的另一端接地，所述可控装置的另一端通过开关或隔刀连接待测柔性直流电路;所述储能装置包括电容和与电容串联的电感，或者包括电容和与电容串联的电阻;所述可控装置采用的是开关或者可控电力电子器件;所述可控电力电子器件包括多个反并联的串联晶闸管，或者包括多个反并联的串联全控型器件，或者包括多个反并联二极管的串联全控型器件，且流过二极管的电流可为所述储能装置中的电容充电；故障检测时，通过控制所述可控装置的开关或可控电力电子器件，由储能装置中的电容电感或电容电阻串联回路向柔性直流线路放电。
[0008]上述全控型器件采用的是绝缘栅双极型晶体管、金属-氧化物半导体场效应晶体管、集成栅极换流晶闸管或者电子注入增强栅晶体管。
[0009]通过所述故障检测装置的可控装置为储能装置的电容充电，具体方法如下:
[0010](i)当所述可控装置采用的是开关时，在所述电容的电压小于0.8倍设定值Udcsetl时，则闭合可控装置中的开关为电容充电；在所述电容的电压大于设定值Udcsetl时，则断开可控装置中的开关；
[0011](ii)当所述可控装置采用的是多个反并联的串联晶闸管或者多个反并联的串联全控型器件时，触发导通电容充电方向的晶闸管或全控型器件；
[0012](iii)当所述可控装置采用的是多个反并联二极管的串联全控型器件时，所述可控装置中的二极管为电容不控充电。
[00?3] 步骤(i)中，所述设定值Udcsetl大于等于0.6倍直流额定电压。
[0014]基于上述柔性直流线路的故障检测装置的检测方法，具体包括如下几个步骤:
[0015](1)检测到直流线路保护动作后，进入步骤(2);
[0016](2)将直流线路与各端换流阀通过直流开关或隔刀断开，进入步骤(3);
[0017](3)等待设定的媳弧时间Tmsetl后，进入步骤(4)；
[0018](4)通过控制所述故障检测装置的可控装置，使故障检测装置中的电容向直流线路放电；
[0019](5)检测线路是否故障:当检测到线路保护动作时立即进入步骤(7)，否则进入步骤(6);
[°02°] (6)当检测到直流线路电压大于耐压定值Udcset2，超过设定时间定值Tmset2后，则进入步骤(8)，否则转向步骤(5);
[0021](7)立刻停止检测过程并永久停运与直流线路相关联的柔性直流输电系统；
[0022](8)控制所述故障检测装置的可控装置使故障检测装置中的电容停止向线路放电，重新恢复与直流线路相关联的柔性直流输电系统运行。
[0023]步骤(3)中，设定的熄弧时间Tmsetl的取值范围为1毫秒到30分钟。
[0024]步骤(6)中，所述耐压定值UdCset2的取值范围为K倍额定直流电压，其中0.1<K〈1。
[0025]步骤(6)中，所述设定时间定值Tmset2的取值范围为1毫秒至1分钟。
[0026]本发明在直流线路运行时，故障检测装置存储能量，维持直流电压在合适值，当直流线路发生故障后，故障检测装置与待检测直流线路联接并提供直流电压，检测到有较大的直流电流或直流电压衰减很快，则认为故障仍存在，为永久性故障，检修相关线路;如未检测到较大直流电流，则认为故障消失，换流阀重新投入运行，减少换流阀因误投于故障导致换流阀损坏。另外，本发明直流线路故障检测方法加在待测线路的电压最大值可以达到额定运行电压，可以充分检测线路虚短路等现象，同时本检测装置与检测方法不影响直流系统正常运行，成本低，易于实现，有效避免了换流阀重新运行于故障的情况，减少了昂贵一次设备的损坏几率。
【附图说明】
[0027]图1为本发明的故障检测装置的结构示意图；
[0028]图2为由反并联晶闸管构成的故障检测装置；
[0029]图3为由开关构成的故障检测装置；
[0030]图4为故障检测装置安装于换流站的示意图；
[0031 ]图5为本发明的直流线路检测装置的充电方法工作流程图；
[0032]图6为本发明的直流线路检测装置的故障检测方法工作流程图。
【具体实施方式】
[0033]为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本发明。
[0034]参见图1，本发明的一种故障检测装置包括可控装置和储能装置。
[0035]可控装置可以由开关组成，也可以由可控电力电子器件组成。
[0036]储能装置由电容和电感组成，电容在本发明中起储能作用，电感起减少充电与放电初始冲击作用，其中储能装置中的电感也可以采用电阻代替。
[0037]参见图2，为一种由多个反并联晶闸管、电容、电感构成的故障检测装置，图中晶闸管示意图为包含但不限于晶闸管6、7与反并联的6’、7’的多个晶闸管组成。通过向2与4发触发脉冲使6与7在向电容充电过程中导通，如电压达到设定值Udcsetl，则关断晶闸管6、7相应的触发脉冲，维持电压稳定。图2中所示的晶闸管也可以由IGBT、IGCT等电力电子器件取代。
[0038]与待检测直流线路相连后，极控制保护装置或者故障检测控制装置通过向2’、4’触发脉冲晶闸管6’、7’导通，电容C向待测线路加载直流电压。
[0039]参见图3，为一种由开关、电容、电感构成的故障检测装置，与待检测直流线路相连后，通过控制开关闭合电容C向待测线路加载直流电压，图中的开关10可以是交流开关也可以是直流开关。
[0040]参见图4，由故障检测装置4-1、直流侧开关或隔刀4-2、换流阀4-3、故障检测选择开关4-4、4-5，直流侧电压电流测量装置4-6、4-7，正极母线、负极母线组成;其中换流阀由A、B、C三个相单元，每个相单元由上桥臂、上桥臂电抗、下桥臂、下桥臂电抗组成，桥臂由N个子模块级联而成。故障检测装置1以图2所示的由反并联晶闸管构成的故障检测装置为例进行说明。
[0041 ]运行时，故障检测装置通过故障检测开关4-4与正极直流线路相连，检测到直流侧电压电流测量装置4-6带电后，以图2所示故障检测装置为例，通过导通图2中晶闸管6、7来给直流电容充电。
[0042]直流线路故障后，首先断开开关或隔刀4-2，使直流线路与换流站隔离，通过极控制保护初步判断故障线路，进行故障线