高压直流输电系统直流线路故障柔性重启方法及控制装置与流程

本发明属于高压直流输电，特别涉及一种高压直流输电系统直流线路故障柔性重启方法及控制装置。

背景技术：

1、现有的高压直流输电系统分为常规直流输电系统和柔性直流输电系统等，其中，常规直流输电系统又包括双极常规直流输电系统和对称单极常规直流输电系统，柔性直流输电系统又包括双极柔性直流输电系统和对称单极柔性直流输电系统。双极常规直流输电系统采用电网换相换流器，配置有两个直流极，每个直流极可通过大地回线或金属回线独立形成回路，当双极常规直流输电系统的直流线路发生接地故障时，现有技术通过控制电网换相换流器移相来控制直流线路的电流为零，经过一定的去游离时间后，通过解除移相来重启常规直流输电系统；在去游离的过程中，由于电网换相换流器消耗无功功率为零，而交流滤波器并未切除，将产生大量的无功剩余，可能会造成严重过电压，同时会造成大地有较大的冲击电流；同时，如果在移相期间再次遭遇雷击，直流线路将产生严重过电压，如果直流线路在雷击发生时出现多点接地故障，电网换相换流器移相并不能实现熄弧。双极柔性直流输电系统采用电压源换流器，配置有两个直流极，每个直流极可通过大地回线或金属回线独立形成回路，当双极柔性直流输电系统的直流线路发生接地故障时，现有技术通过控制减小换流器电压使直流电流为零，也会造成大地有较大的冲击电流，同时在重启过程中低压限流环节的最小电流限制值较大，如果重启不成功，对故障点也会造成较大的二次冲击，不利于熄弧。

2、如果双极常规直流输电系统或双极柔性直流输电系统为每个极采用高、低端阀组串联的特高压直流输电系统，并且高、低端阀组分站建设并且通过直流线路连接，如果该直流线路发生故障，通过移相或控制直流电流为零都将使高端阀组也不能传输有功功率。

3、对称单极常规直流输电系统和对称单极柔性直流输电系统没有大地回线或金属回线，只在一个站的极中点通过站内接地提供钳位点。当一条直流线路发生接地故障时，现有技术通过移相或控制减小换流器电压都会使另一条直流线路的功率发生中断，将会导致直流输电系统功率传输中断。

技术实现思路

1、发明目的：本技术实施例提供一种高压直流输电系统直流线路故障柔性重启方法及控制装置，旨在实现高压直流输电系统直流线路接地故障的柔性重启。

2、技术方案：本技术实施例提供一种高压直流输电系统直流线路故障柔性重启方法，所述高压直流输电系统包括至少一个整流站与至少一个逆变站，所述整流站与所述逆变站包括单直流极或双直流极，所述直流极包括至少一个换流器；

3、当直流线路发生接地故障时，所述柔性重启方法包括：

4、控制所述接地故障两端各至少有一个换流器继续运行；

5、基于所述高压直流输电系统的需求确定所述接地故障两端的两个换流器的直流电流参考值，所述两个换流器包括所述接地故障两端各一个继续运行的换流器；

6、在第一去游离时间内基于所述两个换流器的直流电流参考值控制所述两个换流器的直流电流相等或差值小于第一电流阈值，或者控制所述两个换流器的直流电流为零；

7、经过第一去游离时间后，在第一重启时间内增大所述两个换流器中至少一个换流器的直流电压；

8、在第一重启时间后，如果所述直流线路的直流电压绝对值大于或等于第一电压阈值，继续增大所述两个换流器的直流电压；如果所述直流线路的直流电压绝对值小于第一电压阈值，当重启次数大于1次时，在第二去游离时间内继续基于所述两个换流器的直流电流参考值控制所述两个换流器的直流电流相等或差值小于第一电流阈值，或者控制所述两个换流器的直流电流为零，当重启次数为1次时，控制所述两个换流器闭锁；

9、当重启次数大于1次时，经过第二去游离时间后，在第二重启时间内增大所述两个换流器中至少一个换流器的直流电压；如果所述直流线路的直流电压绝对值小于第一电压阈值，当重启次数大于2次时，在第三去游离时间内继续基于所述两个换流器的直流电流参考值控制所述两个换流器的直流电流相等或差值小于第一电流阈值，或者控制所述两个换流器的直流电流为零，当重启次数为2次时，控制所述两个换流器闭锁；

10、以此类推，直至实现所述高压直流输电系统的柔性重启。

11、在一些实施例中，所述换流器包括电网换相换流器或电压源换流器中的至少一种。

12、在一些实施例中，如果所述高压直流输电系统的两个换流器至少一个为电网换相换流器时，则基于所述两个换流器的直流电流参考值控制所述两个换流器的直流电流相等或差值小于第一电流阈值之后或控制所述两个换流器闭锁前，还包括：根据所述交流系统的需求，控制所述高压直流输电系统切除或投入与所述交流系统连接的交流滤波器；

13、如果所述高压直流输电系统的两个换流器至少一个为电压源换流器，基于所述两个换流器的直流电流参考值控制所述两个换流器的直流电流相等或差值小于第一电流阈值之后或控制所述两个换流器闭锁前，还包括：根据所述交流系统的需求，控制所述电压源换流器输出的无功功率或交流电压。

14、在一些实施例中，所述弱交流系统为交直流短路比小于3的交流系统，所述交直流短路比＝交流系统短路容量/高压直流输电系统额定功率；

15、所述交流系统的需求包括无功功率需求和交流电压限制。

16、在一些实施例中，所述直流线路发生接地故障通过检测保护动作来判断，所述检测保护包括：线路突变量保护、线路行波保护、线路低电压保护、线路纵差保护的至少一种。

17、在一些实施例中，所述高压直流输电系统的需求包括：有功功率需求、无功功率需求、入地电流限制值需求、故障所在直流极的电流限制值需求、流过故障点的电流限制值需求、交流谐波抑制需求的至少一种；

18、其中，如果所述高压直流输电系统的需求多于一种，同时给定不同需求的优先级；

19、如果所述高压直流输电系统的需求只考虑整流站需求时，所述有功功率需求、所述无功功率需求、所述入地电流限制值需求、所述故障所在直流极的电流限制值需求、所述流过故障点的电流限制值需求、所述交流谐波抑制需求为整流站的需求，所述两个换流器的直流电流参考值相等；

20、如果所述高压直流输电系统的需求只考虑逆变站需求时，所述有功功率需求、所述无功功率需求、所述入地电流限制值需求、所述故障所在直流极的电流限制值需求、所述流过故障点的电流限制值需求、所述交流谐波抑制需求为逆变站的需求，所述两个换流器的直流电流参考值相等；

21、如果所述高压直流输电系统的需求同时考虑整流站和逆变站的需求时，当统一处理时，所述有功功率需求、所述无功功率需求、所述入地电流限制值需求、所述故障所在直流极的电流限制值需求、所述流过故障点的电流限制值需求、所述交流谐波抑制需求为统一处理后的需求，所述两个换流器的直流电流参考值相等，当分别处理时，所述有功功率需求、所述无功功率需求、所述入地电流限制值需求、所述故障所在直流极的电流限制值需求、所述流过故障点的电流限制值需求、所述交流谐波抑制需求分别为整流站的需求和逆变站的需求，所述两个换流器的直流电流参考值不相等且差值小于第一电流阈值，所述第一电流阈值小于流过故障点的电流限制值。

22、在一些实施例中，如果所述高压直流输电系统的需求确定的所述两个换流器的直流电流参考值相等时，控制所述两个换流器的直流电流相等；如果所述高压直流输电系统的需求确定的所述两个换流器的直流电流参考值不相等时，控制所述两个换流器的直流电流差值小于第一电流阈值，所述第一电流阈值小于流过故障点的电流限制值。

23、在一些实施例中，基于所述高压直流输电系统的需求确定所述接地故障两端的两个换流器的直流电流参考值，包括：

24、如果所述高压直流输电系统的需求为有功功率需求，将所述有功功率需求除以所述整流站或所述逆变站所有运行的换流器的直流电压绝对值之和，得到所述两个换流器的直流电流参考值；或者，

25、如果所述高压直流输电系统的需求为无功功率需求且所述换流器是六脉动或十二脉动的电网换相换流器，基于所述无功功率需求、空载直流母线电压、触发角或关断角、换相角确定所述两个换流器的直流电流参考值，

26、整流站的换流器的计算方法如下，

27、

28、逆变站的换流器的计算方法如下，

29、

30、式中，iord为直流电流参考值，qconv为六脉动或十二脉动的电网换相换流器的无功功率需求，udi0为六脉动或十二脉动的电网换相换流器的空载直流母线电压，α为换流器的触发角，μ为换流器的换相角，γ为换流器的关断角，所述换流器为六脉动的电网换相换流器时，b＝1/4，所述换流器为十二脉动的电网换相换流器时，b＝1/2；或者，

31、如果所述高压直流输电系统的需求为入地电流限制值需求，所述两个换流器的每个换流器的直流电流参考值大于同站另一直流极的直流电流与所述入地电流限制值的差，且小于同站另一直流极的直流电流与所述入地电流限制值的和；或者，

32、如果所述高压直流输电系统的需求为故障所在直流极的电流限制值需求，确定所述两个换流器的直流电流参考值小于所述故障所在直流极的电流限制值；或者，

33、如果所述高压直流输电系统的需求为流过故障点的电流限制值需求，确定所述两个换流器的直流电流参考值差值小于所述流过故障点的电流限制值；或者，

34、如果所述高压直流输电系统的需求为交流谐波抑制需求，将所述交流谐波抑制需求转换为限制所述两个换流器的直流电流参考值。

35、在一些实施例中，基于所述高压直流输电系统的需求确定所述接地故障两端的两个换流器的直流电流参考值，还包括：

36、在所述有功功率需求、所述无功功率需求、所述入地电流限制值需求、所述故障所在直流极的电流限制值需求、所述流过故障点的电流限制值需求、所述交流谐波抑制需求确定所述两个换流器的直流电流参考值基础上，在其中至少一个换流器的直流电流参考值中叠加一个在零上下波动的大于零且绝对值小于0.1倍额定直流电流的电流。

37、在一些实施例中，所述换流器的直流电流包括：

38、所述换流器的高压母线电流、低压母线电流、所述换流器所在直流极的极母线电流或极中性母线电流的至少一种。

39、在一些实施例中，所述第一电流阈值为0.01～0.1倍额定直流电流；所述第一电压阈值为0.05～1.0倍额定直流电压；所述第一去游离时间为20～500ms；所述第一重启时间为20～300ms；所述第二去游离时间为50～500ms；所述第二重启时间为20～300ms。

40、在一些实施例中，基于所述两个换流器的直流电流参考值控制所述两个换流器的直流电流相等或差值小于第一电流阈值，包括：

41、分别基于所述两个换流器的直流电流参考值，通过分别控制所述两个换流器运行在直流电流控制来实现。

42、在一些实施例中，所述增大所述两个换流器中至少一个换流器的直流电压包括：

43、通过控制所述两个换流器中故障前运行在直流电压控制的换流器运行在直流电压控制来实现，直接给定或按照爬升斜率给定所述两个换流器的直流电压参考值为故障前的直流电压或者相比故障前降低的直流电压；或者通过给定所述两个换流器的直流电流参考值差值来实现；或者通过控制所述两个换流器中故障前运行在直流电流控制或有功功率控制的换流器运行在直流电流控制来实现。

44、在一些实施例中，如果所述两个换流器都是电网换相换流器，给定所述两个换流器的直流电流参考值差值具体为减小所述两个换流器中故障前运行在直流电压控制或最大触发角控制的电网换相换流器的直流电流控制器的直流电流参考值来实现。

45、在一些实施例中，在所述柔性重启方法的去游离时间内，如果控制所述两个换流器的直流电流为零，则在所述柔性重启方法的重启时间内，所述增大所述两个换流器中至少一个换流器的直流电压时控制所述两个换流器中的一个换流器直流电流为零，控制所述两个换流器中的另一个换流器直流电流小于0.25p.u.。

46、在一些实施例中，控制所述两个换流器中的另一个换流器直流电流小于0.25p.u.是通过减小所述两个换流器中的另一个换流器低压限流环节的最小直流电流限值小于0.25p.u.来实现。

47、在一些实施例中，控制所述两个换流器的直流电流为零包括：

48、如果所述两个换流器都是电网换相换流器，通过控制整流站的电网换相换流器移相、逆变站的电网换相换流器触发角大于90度来实现；如果所述两个换流器都是电压源换流器，通过控制所述两个换流器的直流电压参考值为零或控制所述两个换流器的直流电流为零来实现。

49、在一些实施例中，如果所述换流器为电网换相换流器时，所述换流器闭锁包括：控制所述电网换相换流器停发触发脉冲，和/或，控制所述电网换相换流器投入旁通对；

50、如果所述换流器为电压源换流器时，所述换流器闭锁包括：控制所述电压源换流器停发触发脉冲。

51、在一些实施例中，在所述去游离时间内，当所述两个换流器中任意一个因为交流系统故障导致失去直流电流控制能力时，如果整流站的换流器是电网换相换流器，控制整流站的换流器移相(如触发角大于120度)；如果逆变站的换流器是电网换相换流器，控制逆变站的换流器触发角大于90度。

52、相应的，本技术实施例还提供一种高压直流输电系统直流线路故障柔性重启控制装置，包括：

53、检测单元，用于检测所述高压直流输电系统的参数；

54、控制单元，用于基于所述高压直流输电系统的参数判定高压直流输电系统直流线路发生故障时，控制所述接地故障两端各至少有一个换流器继续运行；基于所述高压直流输电系统的需求确定所述接地故障两端的两个换流器的直流电流参考值，所述两个换流器包括所述接地故障两端各一个继续运行的换流器；在第一去游离时间内基于所述两个换流器的直流电流参考值控制所述两个换流器的直流电流相等或差值小于第一电流阈值，或者控制所述两个换流器的直流电流为零；经过第一去游离时间后，在第一重启时间内增大所述两个换流器中至少一个换流器的直流电压；在第一重启时间后，如果所述直流线路的直流电压绝对值大于或等于第一电压阈值，继续增大所述两个换流器的直流电压；如果所述直流线路的直流电压绝对值小于第一电压阈值，当重启次数大于1次时，在第二去游离时间内继续基于所述两个换流器的直流电流参考值控制所述两个换流器的直流电流相等或差值小于第一电流阈值，或者控制所述两个换流器的直流电流为零，当重启次数为1次时，控制所述两个换流器闭锁；当重启次数大于1次时，经过第二去游离时间后，在第二重启时间内增大所述两个换流器中至少一个换流器的直流电压；如果所述直流线路的直流电压绝对值小于第一电压阈值，当重启次数大于2次时，在第三去游离时间内继续基于所述两个换流器的直流电流参考值控制所述两个换流器的直流电流相等或差值小于第一电流阈值，或者控制所述两个换流器的直流电流为零，当重启次数为2次时，控制所述两个换流器闭锁；以此类推，实现所述高压直流输电系统的柔性重启。

55、与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：

56、本技术的一种高压直流输电系统直流线路故障柔性重启方法包括：控制接地故障两端各至少有一个换流器继续运行；基于高压直流输电系统的需求确定接地故障两端的两个换流器的直流电流参考值，两个换流器包括接地故障两端各一个继续运行的换流器；基于直流电流参考值控制两个换流器的直流电流相等或差值小于第一电流阈值；经过第一去游离时间后，在第一重启时间内增大两个换流器的直流电压；如果直流线路的直流电压绝对值小于第一电压阈值，继续按照上述方法重启或闭锁。本技术在高压直流输电系统直流线路发生接地故障时，通过控制接地故障两端的两个换流器直流电流相等或差值小于第一电流阈值，可有效控制接地故障点的电压，实现去游离，同时由于仍有直流电流流过直流线路，电网换相换流器继续消耗无功功率，高压直流输电系统可维持交直流无功功率平衡；同时具备防止在去游离期间直流线路再次遭遇雷击产生的严重过电压和防止直流线路因雷击出现多点故障时去游离不成功；在特高压直流高、低端阀组分站建设中间的直流线路接地故障、对称单极直流单条直流线路接地故障时，还能利用故障的直流线路维持部分有功功率继续输送。

57、相应的，本技术还公开一种高压直流输电系统直流线路故障柔性重启控制装置，包括检测单元和控制单元，用于实现本技术的高压直流输电系统直流线路故障柔性重启方法，因此，可以理解的是，本技术的控制装置具有与重启方法相同的有益效果，此处不再赘述。