一种柔性直流输电系统及其故障恢复方法与流程

本发明涉及电力系统柔性直流输电技术领域，具体涉及一种柔性直流输电系统及其故障恢复方法。

背景技术：

日前，随着化石能源的日益枯竭和改善环境压力的日益增加，中国乃至世界均面临着能源结构的战略性调整，大规模开发和利用新能源势在必行。柔性直流输电，是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，从而提高柔性直流输电系统的稳定性，抑制柔性直流输电系统频率和电压的波动，提高新能源发电系统并网交流的稳态性能。

随着柔性直流输电往更高电压和更大容量发展，柔性直流输电应用于架空线输电实现我国能源资源优化配置的客观要求，也是电网技术发展的未来趋势。但是，由于架空线发生故障的概率较高，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现象，当柔性直流输电系统在发生线路故障后，如何最短的时间内隔离故障和快速恢复，是输电工程应用中急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有的柔性直流输电系统，在发生短路故障现象时，无法隔离故障和快速恢复的问题。本发明的柔性直流输电系统及其故障恢复方法，通过在直流线路上配置直流断路器和故障恢复单元，在直流线路出现故障后需要投入时，故障恢复单元能够使线路受控充电，有效避免空充直流线路出现的电压振荡过电压情况，且减小直流线路故障恢复过程中的扰动，系统结构简单，方法简单可靠，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种柔性直流输电系统，其特征在于：包括多个换流站，各换流站连接有一条或多条直流线路，所述直流线路的一侧或两侧配置有相串联的直流断路器、故障恢复单元，所述故障恢复单元，包括相并联的电阻与机械开关。

前述的一种柔性直流输电系统，其特征在于：所述直流断路器用于实现直流线路与换流站的连接或断开；所述故障恢复单元用于避免空充直流线路出现的电压振荡过电压故障，减小直流线路在故障恢复过程中存在的扰动。

前述的一种柔性直流输电系统，其特征在于：在任一条直流线路正常运行时，该条直流线路上故障恢复单元内的机械开关处于合位，当与故障恢复单元串联的直流断路器断开后，允许断开该故障恢复单元的机械开关；

当任一条直流线路出现故障后需要投入时，若该条直流线路上直流断路器的一端带电时，该直流断路器在合闸前，先断开与其串联的故障恢复单元内的机械开关；在该条直流线路带电后，再合上故障恢复单元内的机械开关。

基于上述的一种柔性直流输电系统的故障恢复方法，其特征在于：当任一条直流线路出现故障后需要投入时，若该条直流线路上直流断路器的一端带电时，恢复过程包括以下步骤，

步骤（A），实时监听接收直流断路器合闸命令，若接收到直流断路器合闸命令，则执行步骤（B）；否则，继续实时监听直流断路器合闸命令；

步骤（B），判断与该直流断路器相串联的故障恢复单元内的机械开关是否为分位，若为分位，则执行步骤（D）；否则，执行步骤（C）；

步骤（C），断开该直流断路器相串联的故障恢复单元内的机械开关，并执行步骤（D）；

步骤（D），将该直流断路器进行合闸操作，并执行步骤（E）；

步骤（E），实时监测直流断路器所在直流线路的电压是否上升至电压设定值Uset，若上升至电压设定值Uset，则执行步骤（F）；否则，继续监测直流断路器所在直流线路的电压；

步骤（F），合上该直流断路器相串联的故障恢复单元内的机械开关。

前述的一种柔性直流输电系统的故障恢复方法，其特征在于：步骤（E），电压设定值Uset为直流断路器所在直流线路上直流额定电压的M倍，其中，0<M≤1。

本发明的有益效果是：本发明的柔性直流输电系统及其故障恢复方法，通过在直流线路上配置直流断路器和故障恢复单元，在直流线路出现故障后需要投入时，故障恢复单元能够使线路受控充电，有效避免空充直流线路出现的电压振荡过电压情况，且减小直流线路故障恢复过程中的扰动，系统结构简单，方法简单可靠，故障恢复过程简单、有效、适用于工程应用，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的柔性直流输电系统一实施例的系统框图。

图2是本发明的柔性直流输电系统一实施例故障恢复方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

本发明的柔性直流输电系统，包括多个换流站，各换流站连接有一条或多条直流线路，所述直流线路一侧或两侧配置相串联的直流断路器、故障恢复单元，所述直流断路器用于实现直流线路与换流站的连接或断开，所述故障恢复单元，用于避免空充直流线路出现的电压振荡过电压故障，减小直流线路在故障恢复过程中存在的扰动，包括相并联的电阻与机械开关。

在任一条直流线路正常运行时，该条直流线路上故障恢复单元内的机械开关处于合位，当与故障恢复单元串联的直流断路器断开后，允许断开该故障恢复单元的机械开关；当任一条直流线路出现故障后需要投入时，若该条直流线路上直流断路器的一端带电时，该直流断路器在合闸前，先断开与其串联的故障恢复单元内的机械开关；在该条直流线路带电后，再合上故障恢复单元内的机械开关。

本发明的柔性直流输电系统的故障恢复方法，当任一条直流线路出现故障后需要投入时，若该条直流线路上直流断路器的一端带电时，恢复过程包括以下步骤，

步骤（A），实时监听接收直流断路器合闸命令，若接收到直流断路器合闸命令，则执行步骤（B）；否则，继续实时监听直流断路器合闸命令；

步骤（B），判断与该直流断路器相串联的故障恢复单元内的机械开关是否为分位，若为分位，则执行步骤（D）；否则，执行步骤（C）；

步骤（C），断开该直流断路器相串联的故障恢复单元内的机械开关，并执行步骤（D）；

步骤（D），将该直流断路器进行合闸操作，并执行步骤（E）；

步骤（E），实时监测直流断路器所在直流线路的电压是否上升至电压设定值Uset，若上升至电压设定值Uset，则执行步骤（F）；否则，继续监测直流断路器所在直流线路的电压，所述电压设定值Uset为直流断路器所在直流线路上直流额定电压的M倍，其中，0<M≤1；

步骤（F），合上该直流断路器相串联的故障恢复单元内的机械开关。

如图1所示，本发明的柔性直流输电系统的一实施例的系统框图，包括三个换流站S1、S2和S3，以及实现三个换流站连接的两条直流线路L1和L2，直流线路L1由正极线路L1P和负极线路L1N组成，直流线路L2由正极线路L2P和负极线路L2N组成，直流线路L1和L2的两端部均配置直流断路器；正极线路L1P近换流站S1配置直流断路器B1，近换流站S2配置直流断路器B5；负极线路L1N近换流站S1配置直流断路器B2，近换流站S2配置直流断路器B6；正极线路L2P近换流站S1配置直流断路器B3，近换流站S3配置直流断路器B7；负极线路L2N近换流站S1配置直流断路器B4，近换流站S3配置直流断路器B8；直流线路L1和L2的近换流站S1侧还配置故障恢复单元H1、H2、H3、H4，其中，故障恢复单元H1与直流断路器B1串联，故障恢复单元H2与直流断路器B2串联，故障恢复单元H3与直流断路器B3串联，故障恢复单元H4与直流断路器B4串联，所述的故障恢复单元H1、H2、H3、H4均通过电阻R与机械开关K并联组成。

当任一直流线路运行时，直流线路上配置的故障恢复单元的机械开关处于合位，如图1所示，当直流线路L1运行时，即直流线路两端部的直流断路器B1、B2、B5、B6均为合位，直流线路L1上配置的故障恢复单元H1、H2的机械开关K应处于合位。

与故障恢复单元串联的直流断路器断开后，才允许断开故障恢复单元的机械开关K，如图1所示，故障恢复单元H1中的机械开关K断开前，应先断开与之串联的直流断路器B1；故障恢复单元H2中的机械开关K断开前，应先断开与之串联的直流断路器B2；故障恢复单元H3中的机械开关K断开前，应先断开与之串联的直流断路器B3；故障恢复单元H4中的机械开关K断开前，应先断开与之串联的直流断路器B4。

当任一条直流线路出现故障后需要投入时，若该条直流线路上直流断路器一端带电时，合闸前先断开与其串联的故障恢复单元的机械开关，直流线路带电后合上故障恢复单元的机械开关，如图1所示，直流断路器B1与故障恢复单元H1串联，当直流断路器B1连接的直流母线带电时，此时，直流断路器B1一端带电，发出直流断路器B1合闸命令前，应首先断开故障恢复单元H1中的机械开关K，在直流线路带电后合上故障恢复单元H1的机械开关K；同理，直流断路器B2与故障恢复单元H2串联，当直流断路器B2连接的直流母线带电时，此时，直流断路器B2一端带电，发出直流断路器B2合闸命令前，应首先断开故障恢复单元H2中的机械开关K，在直流线路带电后合上故障恢复单元H2的机械开关K；同理，直流断路器B3与故障恢复单元H3串联，当直流断路器B3连接的直流母线带电时，此时，直流断路器B3一端带电，发出直流断路器B3合闸命令前，应首先断开故障恢复单元H3中的机械开关K，在直流线路带电后合上故障恢复单元H3的机械开关K；同理，直流断路器B4与故障恢复单元H4串联，当直流断路器B4连接的直流母线带电时，此时，直流断路器B4一端带电，发出直流断路器B4合闸命令前，应首先断开故障恢复单元H4中的机械开关K，在直流线路带电后合上故障恢复单元H4的机械开关K。

本发明的柔性直流输电系统的故障恢复方法，应用于如图1的柔性直流输电系统，对串联故障恢复单元H1的直流断路器B1，当直流断路器B1连接的换流站S1直流母线带电，直流线路L1未带电时，为防止直接合直流断路器B1空充直流线路引起过电压，执行如下步骤：

步骤201：实时监听接收到直流断路器B1合闸命令，若接收到，进入步骤202，否则进入步骤201；

步骤202：判断与其串联故障恢复单元H1内的机械开关K是否为分位，如是进入步骤204，否则，进入步骤203；

步骤203：断开串联故障恢复单元H1内的机械开关K，进入步骤204；

步骤204：合上直流断路器B1，进入步骤205；

步骤205：实时监测直流线路L1上电压是否上升至电压设定值Uset，若是进入步骤206，否则继续监测直流线路L1上电压，电压设定值Uset为直流断路器所在直流线路上直流额定电压的M倍，其中，0<M≤1，较优地，可选择电压设定值Uset为直流额定电压的0.9倍；

步骤206：合上串联故障恢复单元H1内的机械开关K。

综上所述，本发明的柔性直流输电系统及其故障恢复方法，通过在直流线路上配置直流断路器和故障恢复单元，在直流线路出现故障后需要投入时，故障恢复单元能够使线路受控充电，有效避免空充直流线路出现的电压振荡过电压情况，且减小直流线路故障恢复过程中的扰动，系统结构简单，方法简单可靠，故障恢复过程简单、有效、适用于工程应用，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。