故障处理方法、故障处理装置和直流输电系统制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种故障处理方法、故障处理装置和直流输电系统。其中，方法包括：响应于直流输电系统的故障信号，关断直流断路器；经过去游离时长后导通固态开关支路；获取直流输电系统的输电线路的电压和电流；确定电压和电流的比值；根据比值确定直流输电系统的故障状态；根据故障状态控制直流断路器。从而在去游离结束之后对故障状态进行识别，仅在判断为瞬时性故障后进行重合闸，判断为永久性故障后不再进行重合闸，直接闭锁故障极换流器，在不产生额外电压、电流冲击的情况下，仅利用电气量实现直流断路器的自适应重合闸，有效避免重合闸于永久性故障对输电系统造成的二次冲击，提升直流输电系统安全性。

【技术实现步骤摘要】
故障处理方法、故障处理装置和直流输电系统
本专利技术涉及直流输电系统
，具体而言，涉及一种直流输电系统的故障处理方法、一种直流输电系统的故障处理装置和一种直流输电系统。
技术介绍
柔性直流输电技术具有损耗小、有功无功可以独立快速控制、没有换相失败问题等优点，具有广阔的发展前景。在已经投运的柔性直流输电工程中，普遍采用基于半桥型子模块的模块化多电平换流器。运行中的直流架空输电线路易发生故障，线路故障后会导致故障电流迅速上升，危害设备安全。在线路两端加装混合式直流断路器能快速切断故障电流。线路故障可以分为两类，瞬时性故障和永久性故障，在故障点熄弧后瞬时性故障消失，永久性故障则持续存在。由于实际运行中线路上发生瞬时性故障的概率高于发生永久性故障的概率，混合式直流断路器在切除故障电流后，会自动进行重合闸操作以期快速恢复运行。但对于永久性故障则会再次产生故障电流，危害设备安全，不利于系统稳定。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术第一方面在于提出了一种直流输电系统的故障处理方法。本专利技术的第二方面在于提出了一种直流输电系统的故障处理装置。本专利技术的第三方面在于提出了一种直流输电系统。有鉴于此，根据本专利技术的第一方面，提出了一种直流输电系统的故障处理方法，直流输电系统包括直流断路器，直流断路器包括载流支路、固态开关支路和缓冲吸收支路，方法包括：响应于直流输电系统的故障信号，关断直流断路器；经过去游离时长后导通固态开关支路；获取直流输电系统的输电线路的电压和电流；确定电压和电流的比值；根据比值确定直流输电系统的故障状态；根据故障状态控制直流断路器。本专利技术提供的直流输电系统的故障处理方法，在线路发生故障后导通固态开关支路的功率器件，故障电流从载流支路转移至固态开关支路，然后先后关断载流支路开关和固态开关支路的功率器件，由与功率器件并联的缓冲吸收支路吸收能量，从而完成关断直流断路器，使故障电流降为零，之后等待预设的去游离时长，以保证瞬时性故障下故障点熄弧及绝缘恢复，导通固态开关支路的部分功率器件，以使缓冲吸收支路未导通部分两端承受电压刚好大于其启动电压，此时检测输电线路的电压和电流，根据电压和电流的比值确定直流输电系统的故障状态识别出直流输电系统的故障状态，其中，故障状态包括瞬时性故障和永久性故障，并根据故障状态确定是否进行断路器重合闸操作。从而在去游离结束之后对故障状态进行识别，仅在判断为瞬时性故障后进行重合闸，判断为永久性故障后不再进行重合闸，直接闭锁故障极换流器，隔离故障线路，在不产生额外电压、电流冲击的情况下，仅利用电气量实现直流断路器的自适应重合闸，避免资源浪费，同时有效避免永久性故障下直接导通固态开关支路造成的电压电流冲击，有利于保障设备安全和提高系统稳定性。其中，去游离时长可根据直流输电线路绝缘恢复特征及定电压设定值合理设置。进一步地，关断直流断路器使输电线路的电压、电流降至零，但考虑到输电系统的误差，若电流下降至预设电流值，则确定断路器已经切断故障电流，此时开始计时并等待去游离时长，进而提高故障状态判断准确度。具体地，载流支路包括串联连接的机械开关和负荷换流开关，且载流支路与固态开关支路并联连接。另外，根据本专利技术提供的上述技术方案中的直流输电系统的故障处理方法，还可以具有如下附加技术特征：在上述技术方案中，进一步地，根据比值确定直流输电系统的故障状态的步骤，具体包括：基于比值大于故障阈值，则确定故障状态为瞬时性故障；基于比值小于或等于故障阈值，则开始计时比值小于或等于故障阈值的时长，以及基于时长大于时长阈值，则确定故障类型为永久性故障。在该技术方案中，固态开关支路中的部分功率器件模块导通后，根据缓冲吸收支路的伏安特性，缓冲吸收支路上会产生较小的初始电流，对于瞬时性故障，初始电流对线路进行充电，线路电压开始增大，缓冲吸收支路两端电压减小，流过的电流也开始减小，直到线路电压达到导通缓冲吸收支路的避雷器额定电压之和，电流接近零，对于永久性故障，由于线路上故障点的存在，线路电压被钳位，保持在零附近，缓冲吸收支路两端电压变化较小，因此流过的电流也较小，此时过渡电阻较小时，电压接近零，当过渡电阻较大时，考虑线路两端初始电流的作用，近似有：uDC＝Rf×2iDC，其中，uDC表示输电线路的电压，iDC表示输电线路的电流，Rf表示过渡电阻，也即线路电压和电流在不同故障状态下将表现出不同的特征，瞬时性故障下电压和电流的比值将不断增大，低阻永久性故障下电压和电流的比值接近零，高阻永久故障下电压和电流的比值接近2Rf。若电压和电流的比值大于故障阈值，说明故障已消失，则判断为瞬时性故障，可进行直流断路器重合闸操作，恢复直流输电系统正常运行，便于直流输电系统的暂态稳定，保证供电可靠性；若电压和电流的比值小于或等于故障阈值，且持续的时长大于时长阈值，说明故障点仍然存在，进而识别出直流输电系统的故障状态为永久性故障，需要闭锁直流电输电系统的故障极，从而利用输电线路出口的电压和电流的比值准确识别线路故障状态，实现直流输电系统故障自适应恢复，提高对高阻故障的灵敏性，对故障状态判断的可靠性高，有效避免断路器重合闸于永久性故障对输电系统造成的二次冲击，提升直流输电系统安全性。在上述任一技术方案中，进一步地，根据故障类型控制直流断路器的步骤，具体包括：基于故障类型为瞬时性故障，控制直流断路器重合闸；基于故障类型为永久性故障，关断固态开关支路。在该技术方案中，在确定故障状态为瞬时性故障后，故障点已被修复，控制断路器重合闸，从而及时恢复直流输电系统的正常运行，保证供电可靠性；在确定故障状态为永久性故障后，重新关断固态开关支路中的功率器件模块，从而确保断路器维持在能够切断故障电流的状态，有效避免断路器重合闸于永久性故障对输电系统造成的二次冲击，延长直流输电系统使用寿命。在上述任一技术方案中，进一步地，固态开关支路和缓冲吸收支路并联连接，固态开关支路包括n级级联的功率器件模块，缓冲吸收支路包括n级级联的避雷器；导通固态开关支路的步骤，具体包括：获取直流输电系统的额定电压和n级级联的避雷器中每一级避雷器的启动电压；根据额定电压和启动电压，确定功率器件模块的导通数量；根据导通数量控制对应的功率器件模块导通。在该技术方案中，根据直流输电系统的额定电压和与其并联的n级级联的避雷器中每一级避雷器的启动电压，确定功率器件模块的导通数量，并控制导通数量N对应的1～N级功率器件模块导通，从而使剩余未导通的功率器件模块对应的避雷器两端承受电压刚好大于其启动电压，并在缓冲吸收支路产生较小的初始电流，进而对线路进行充电，使电流和电压产生变化，以便于后续根据电压和电流的比值判断直流输电系统的故障状态，并以此为依据实现直流断路器的自适应重合闸，避免资源浪费，同时有效避免重启于永久性故障对输电系统造成的二次冲击，提升直流输电系统安全性，延长使用寿命。具体地，计算功率器件模块的导通数量采用如下公式：其中，UdcN为直流输电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流输电系统的故障处理方法，所述直流输电系统包括直流断路器，所述直流断路器包括载流支路、固态开关支路和缓冲吸收支路，其特征在于，包括：/n响应于所述直流输电系统的故障信号，关断所述直流断路器；/n经过去游离时长后导通所述固态开关支路；/n获取所述直流输电系统的输电线路的电压和电流；/n确定所述电压和所述电流的比值；/n根据所述比值确定所述直流输电系统的故障状态；/n根据所述故障状态控制所述直流断路器。/n

【技术特征摘要】
1.一种直流输电系统的故障处理方法，所述直流输电系统包括直流断路器，所述直流断路器包括载流支路、固态开关支路和缓冲吸收支路，其特征在于，包括：
响应于所述直流输电系统的故障信号，关断所述直流断路器；
经过去游离时长后导通所述固态开关支路；
获取所述直流输电系统的输电线路的电压和电流；
确定所述电压和所述电流的比值；
根据所述比值确定所述直流输电系统的故障状态；
根据所述故障状态控制所述直流断路器。


2.根据权利要求1所述的直流输电系统的故障处理方法，其特征在于，所述根据所述比值确定所述直流输电系统的故障状态的步骤，具体包括：
基于所述比值大于故障阈值，则确定所述故障状态为瞬时性故障；
基于所述比值小于或等于所述故障阈值，则开始计时所述比值小于或等于所述故障阈值的时长，以及
基于所述时长大于时长阈值，则确定所述故障状态为永久性故障。


3.根据权利要求2所述的直流输电系统的故障处理方法，其特征在于，所述根据所述故障状态控制所述直流断路器的步骤，具体包括：
基于所述故障状态为所述瞬时性故障，控制所述直流断路器重合闸；
基于所述故障状态为所述永久性故障，关断所述固态开关支路。


4.根据权利要求3所述的直流输电系统的故障处理方法，其特征在于，所述固态开关支路和所述缓冲吸收支路并联连接，所述固态开关支路包括n级级联的功率器件模块，所述缓冲吸收支路包括n级级联的避雷器；所述导通所述固态开关支路的步骤，具体包括：
获取所述直流输电系统的额定电压和n级级联的所述避雷器中每一级所述避雷器的启动电压；
根据所述额定电压和所述启动电压，确定所述功率器件模块的导通数量；
根据所述导通数量控制对应的所述功率器件模块导通。


5.根据权利要求4所述的直流输电系统的故障处理方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：董新洲，蔡静，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11