直流电网线路故障恢复方法与流程

本发明涉及直流电网线路故障恢复方法，属于直流输电系统继电保护技术领域。

背景技术：

随着可再生能源发电的发展及用户对电能要求的不断提高，电网结构同时面临发电端与用电负荷的随机性波动。传统交流电网采用无功补偿稳定电压，依靠交流断路器实现潮流调整，已难以满足可再生能源发电和负荷随机波动性对电网快速反应的要求。而直流电网中，电压源换流器可以限制电压波动；基于电力电子技术的直流断路器可毫秒级分断电流，配合控制系统可以实现潮流的快速调整。因此，建立直流电网，将可再生能源与传统能源广域互联，可以充分实现多种能源形式、多时间尺度、大空间跨度、多用户类型之间的互补，是未来电网的重要发展方向。

如图1所示，为目前较为典型的直流输电系统的拓扑结构，两个换流站的直流侧之间为直流输电线路，直流输电线路的两端设置有直流断路器，换流站的交流侧与外部的交流电网之间有交流断路器。但是，目前国内外对直流电网研究处于初步发展阶段，对直流电网线路故障快速恢复方法研究不多，未见具体可行的技术方案。

技术实现要素：

本发明的目的是提供三种直流电网线路故障恢复方法。

为实现上述目的，本发明的方案包括：一种直流电网线路故障恢复方法，所述故障恢复方法专用于半桥型主接线方式且换流站仅连接一条直流线路，所述故障恢复方法包括以下步骤：

(1)直流线路保护动作后，跳开故障线路的直流断路器；

(2)对应的换流器切换到零功率状态；

(3)经过设定时间的故障线路去游离，重合所述直流断路器，恢复故障线路的原传输功率值；

(4)如果故障仍存在，那么，再次跳开并锁定所述直流断路器，闭锁对应的换流器，跳开并锁定对应的交流断路器。

所述零功率状态为换流器处于解锁状态，但是不传输功率。

一种直流电网线路故障恢复方法，所述故障恢复方法专用于全桥型主接线方式且换流站仅连接一条直流线路，所述故障恢复方法包括以下步骤：

(1)直流线路保护动作后，对应的换流器切换为闭锁状态，实现故障隔离；

(2)经过设定时间的故障线路去游离，解锁所述换流器，恢复故障线路原传输功率值；

(3)如果故障仍存在，那么，跳开并锁定对应的直流断路器，闭锁所述换流器，跳开并锁定对应的交流断路器。

一种直流电网线路故障恢复方法，所述故障恢复方法专用于换流站连接有多条直流线路，所述故障恢复方法包括以下步骤：

(1)直流线路保护动作后，跳开故障线路的直流断路器；

(2)调整换流器的输出功率，维持非故障线路的稳定运行；

(3)经过设定时间的故障线路去游离，重合所述直流断路器，恢复故障线路的原传输功率值；

(4)如果故障仍存在，那么，再次跳开并锁定所述直流断路器，并调节换流器的输出功率，维持非故障线路的稳定运行。

直流电网发生线路故障时，直流线路保护快速识别发出动作信号，保护动作信号结合换流器主接线方式和运行状态的各种工况，通过换流器控制系统、直流断路器、交流断路器进行合理、灵活的协调配合，实现快速恢复直流电网系统，保证了直流电网系统的可靠性和可用率。为规划中的直流电网工程提供了的具体可行的技术方案，针对运行中的各种工况提出了具有针对性的快速恢复方案，保证了直流电网系统的可靠性和可用率。

附图说明

图1是直流电网拓扑结构示意图；

图2是半桥型开环运行方式下的线路故障快速恢复时序图；

图3是全桥型开环运行时线路故障快速恢复时序图；

图4是环网运行时线路故障快速恢复时序图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

直流电网发生线路故障时，直流线路保护快速识别发出动作信号，保护动作信号结合换流器主接线方式和运行状态的各种工况，通过换流器控制系统、直流断路器、交流断路器进行合理、灵活的协调配合，实现快速恢复直流电网系统，保证了直流电网系统的可靠性和可用率。

直流电网配置的直流线路保护为行波保护、电压突变量保护、暂态量保护在故障发生的3ms内可靠、快速动作出口，通过高速光纤总线将动作信号传输至控制系统、直流断路器和交流断路器。

关于直流电网的故障判定策略属于常规技术，并且不是本发明的保护范围，这里就不再详细说明。以下对发生故障时，系统对故障的处理以及后续的恢复运行进行详细说明。

针对半桥型开环运行状态，即半桥型主接线方式且换流站仅连接一条直流线路运行时，由于半桥型换流器无法依靠换流器本身隔离故障，只能依赖直流断路器实现故障隔离，所以，在这种运行方式下，直流电网线路故障快速恢复的时序和步骤具体为：

步骤1：直流线路保护快速动作后，直接将动作信号传输给直流断路器，快速跳开故障线路的直流断路器；

步骤2：直流线路保护快速动作后将动作信号传输给直流控制系统，直流控制系统快速调节功率参考值或电压参考值等系统参数，将换流器转为零功率状态，即换流器处于解锁状态，但不传输功率；

步骤3：经过设定时间的故障线路去游离(根据实际情况设定具体的时间)，重合直流断路器，然后控制系统快速恢复故障线路的原传输功率值；

步骤4：判断故障是否仍旧存在，如果故障仍存在，比如控制系统判定重启不成功或保护系统识别为永久故障，则再次跳开并锁定直流断路器，闭锁与该故障线路对应的换流器，以及跳开并锁定与该换流器对应的交流断路器；待故障确认清除后，重新解锁系统；如果故障不存在，则故障线路恢复正常运行，整个系统恢复正常运行。半桥型开环运行方式下的线路故障快速恢复的时序如图2所示。

针对全桥型开环运行状态，即全桥型主接线方式且换流站仅连接一条直流线路运行时，全桥型换流器可由换流器本身的闭锁状态实现隔离故障，那么，在这种运行方式下，直流电网线路故障快速恢复的时序和步骤具体为：

步骤1：直流线路保护快速动作，将动作信号传输给直流控制系统，直流控制系统快速调节与故障线路对应的换流器的功率参考值或电压参考值等系统参数，计算并输出调制信号使对应的换流器进入闭锁状态，实现故障隔离；

步骤2：经过设定时间的故障线路去游离(根据实际情况设定具体的时间)，控制系统快速解锁换流器，恢复故障线路原传输功率值；

步骤3：判断故障是否仍旧存在，如果故障仍存在，比如控制系统判定重启不成功或保护识别为永久故障，则跳开并锁定与故障线路对应的直流断路器，闭锁该换流器，跳开并锁定对应的交流断路器；待故障确认清除后，重新解锁系统；如果故障不存在，则故障线路恢复正常运行，整个系统恢复正常运行。全桥型开环运行时线路故障快速恢复的时序如图3所示。

针对环网运行状态，即半桥型主接线方式且换流站连接多条直流线路运行，或者全桥型主接线方式且换流站连接多条直流线路运行时，直流电网线路故障快速恢复的时序和步骤具体为：

步骤1：直流线路保护快速动作后，直接将动作信号传输给故障线路对应的直流断路器，快速跳开该直流断路器；

步骤2：直流控制系统快速调节功率参考值或电压参考值等系统参数，调整换流器的功率，避免直流电网系统出现较大的功率扰动，维持系统的稳定运行，即通过调整换流器的功率来维持非故障线路的正常稳定运行；

步骤3：经过设定时间的故障线路去游离(根据实际情况设定具体的时间)，重合直流断路器，控制系统通过调节系统参数恢复故障线路的原输送功率值；

步骤4：如果控制系统判定重启不成功或保护识别为永久故障，则再次跳开并锁定直流断路器，控制系统再次进行步骤2操作，即直流控制系统通过调节功率参考值或电压参考值等系统参数来调整换流器的功率，来维持非故障线路的正常稳定运行；待故障确认清除后，重新解锁故障线路。环网运行时线路故障快速恢复的时序如图4所示。

实现上述三个故障恢复方法可用嵌入式工业控制平台或PC装置来实现，这两种装置是直流输电领域常用的装置，这里就不再详细说明。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。