供电网中的故障诊断制造技术

本发明专利技术涉及一种用于连接到电力输配网络中的第一馈线的柔性开关设备SOP，所述SOP被配置为：当连接到SOP的馈线出现故障时，向所述馈线施加诊断电压，并且在施加所述诊断电压的同时在所述SOP与所述馈线的连接处进行电流和电压测量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】供电网中的故障诊断
本专利技术在电力输配网络以及电压源换流器控制领域中被考虑。
技术介绍
电力输配网络(英文：electricitydistributionnetwork，即电网)是一种将电力从供电方(例如发电站)传输并分配给用电方(例如大型工业或家庭)的系统。电网的传输网络在高压下运行，并且用于某些传输路径和子传输路径。分配网络在中压和低压下运行，并且构成给家庭用电设备和一些商业用电设备供电的网络。网络拓扑结构主要是放射状的，源头在大型发电站/发电厂。馈线是电力输配网络的一部分，并且通常可以给大约100个用电设备供电。随着屋顶太阳能阵列等可再生技术的出现，用电设备现在也可以为电力输配网络供电。在某些情况下，功率流可能会从馈线中流出，这最终可能导致电缆绝缘故障或损坏变压器和电力线。因此，随着供电网的分布更广泛，馈线故障的可能性也随之增加。为了防止馈线出现故障，已知可使沿着馈线长度具有多个隔离开关(重合器)，并且在馈线的末端具有多个开关设备，例如常规开关设备(英文：NormalOpenPoint，NOP)。NOP提供与相邻馈线的互连，并且像可以将相邻的馈线彼此电连接的标准开关一样运行。NOP的一种可选替代是柔性开关设备(英文：SoftOpenPoint，SOP)。SOP是一种通常使用背靠背电压源换流器(英文：VoltageSourceConverter，VSC)的、取代NOP而安装的电力电子器件。与机械运行的开关(例如NOP)不同，SOP中没有触点的物理断开和闭合。作为替代，通过有控制地切换电力电子开关来实现流经SOP所需的有功功率(P)和无功功率(Q)。因此，SOP控制两条相邻馈线之间的功率的流动，并且始终导通。因此，其术语为“柔性”开关设备。SOP通常由具有不同规格和数量的VSC排列而成。SOP的拓扑结构多种多样，但是主要的风格包括背靠背、多端，以及统一潮流控制器(英文：UnifiedPowerFlowController，UPFC)。已经进行了许多实验来研究SOP在降低功率损耗、平衡馈线负载、电网加固、改善电压分布，以及增加分布式发电连接方面的有效性。但是，这些研究大多数都集中在电网正常运行状况下SOP的利用率。例如，文献“《具有柔性开关设备的电力输配网络在电网侧交流故障期间的性能》(PerformanceofanelectricaldistributionnetworkwithSoftOpenPointduringagridsideACfault)”(《应用能源》(AppliedEnergy)227(2018)，第262-272页，AvinashAithal等人)公开了在正常的电网运行状况下对SOP处故障指数的监控，以便对出现的故障进行立即检测。在正常运行状况下SOP的运行类似于电网上出现故障期间的电流源。从SOP注入的电流的大小受其电力电子开关的物理电流极限所限制。但是，因为分布式电网中的保护主要是基于电流的，所以该电流可能会干扰现有的保护协调(例如馈线自动化)。因此，在AC(交流)故障期间，SOP通常会与电力输配网络的其余部分断开连接。如果在没有经由NOP或SOP与相邻馈线连接的馈线上发生故障，则当电网运营商派人调查和修复故障时，可能有数百个家庭用电设备和/或商业用电设备面临停电。馈线自动化(英文：FeederAutomation，FA)是一种在出现临时性故障之后自动将馈线恢复到运行状态以及在出现永久性故障期间将功率重定向的方式。FA方案改进了故障期间电网的恢复时间。FA方案还确保了电网遵循预定步骤自动隔离故障部分。然后，可以通过闭合NOP或重启SOP，通过非故障馈线将功率重新路由到未受影响的馈线部分(重新连接这些用电设备)。传统上，FA方案包括沿着馈线的开关器件，例如自动重合器。在出现故障的情况下，这些自动重合器检测流经它们的故障电流并且断开(将故障与电力输配网络的其余部分断开连接)。然后，自动重合器在预定时间段后试探性地尝试闭合。如果故障是临时性的，则当自动重合器闭合时，VSC/SOP/NOP恢复正常运行。如果故障持续存在，则自动重合器再次检测故障电流并再次断开。然后，自动重合器在另一个预定时间段后再次尝试闭合。每次重合尝试称为一次触发，并且在经过一定次数的触发后，故障才被认为是永久性的。这种传统的馈线自动化方法的缺点包括：1)尝试再次连接之间有固定的停滞时间，由于物理限制，这可能会导致每次触发之间间隔长达30秒。2)触发次数是电网恢复概率与资产劣化之间的折中。3)每次触发后自动重合器的劣化(自动重合器通常只能承受2500次操作)，因此自动重合器的触点需要大量维护。每次触发时，电缆、电线、变压器和连接器等其他设备也会承受热应力和机械应力。4)每次触发时，相邻电网上都会出现电压骤降，这可能会对电网造成不利影响。
技术实现思路
根据一方面，本专利技术提供了一种用于电力输配网络的柔性开关设备(SOP)，其包括第一电压源换流器(VSC)和第二VSC，以及连接这两个VSC的DC(直流)链路。每个VSC可以被配置为在馈线正常运行时对电力输配网络的相应馈线进行电压校正。第一VSC被配置为：当连接到第一VSC的第一馈线出现故障时，向第一馈线施加诊断电压，并且在施加诊断电压的同时，在第一VSC与第一馈线的连接处进行电流和电压测量。这样，正常情况下用于对馈线进行电压校正的SOP被改变用途来诊断馈线上的故障。在一些实施例中，第一VSC被配置为根据施加到DC链路的DC电压生成诊断电压，并且第二VSC被配置为根据从第二馈线所接收到的电压生成DC电压，所述第二馈线与第二VSC可操作地耦接。在一些实施例中，SOP包括处理装置，所述处理装置被配置为根据测量和第一馈线的单位长度的阻抗或电阻估计沿着第一馈线从诊断电压的施加点到第一馈线的故障的距离。所述处理装置还可以或者替代地被配置为根据测量确定第一馈线上的故障的类型。所述处理装置可以被布置成响应于确定故障已经消除而发送使馈线隔离装置闭合的命令。所述处理装置可以被布置成响应于确定故障在被检测到之后持续存在预定时间而发送使馈线隔离装置闭合的命令。在一些实施例中，所述处理装置包括一个或多个处理器，所述处理器执行从相关联的存储器检索到的指令。在一些实施例中，控制器在SOP外部。根据另一方面，本专利技术提供了一种用于电力输配网络中的馈线的故障评估的方法。根据所述方法，停止从柔性开关设备(SOP)的电压源换流器(VSC)向馈线提供电压校正。VSC生成诊断电压，并且将其施加到馈线。在VSC与馈线的连接处进行至少一次电压测量。在VSC与馈线的连接处进行至少一次电流测量。根据测量确定馈线上的故障的至少一个特征。这样，在正常情况下用于对馈线进行电压校正的SOP被改变用途来诊断馈线上的故障。在一些实施例中，确定至少一个特征包括根据电压的测量和电流的测量计算沿着第一馈线从诊断电压的施加点到馈线的故障的距离。可选地或另外，确定至少一个特征包括根据电压的测量和电流的测量确定故障的类型。在一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性开关设备SOP，用于交流电力输配网络，所述交流电力输配网络包括第一电压源换流器、第二电压源换流器以及连接这两个电压源换流器的直流链路，其中：/n每个电压源换流器被配置为在交流馈线正常运行时对交流电力输配网络的相应交流馈线进行电压校正；所述第一电压源换流器被配置为：当连接到所述第一电压源换流器的第一交流馈线出现故障时，向所述第一交流馈线施加诊断交流电压，并且在施加所述诊断交流电压的同时，在所述第一电压源换流器与所述第一交流馈线的连接处进行电流和电压的测量。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181011 GB 1816580.31.一种柔性开关设备SOP，用于交流电力输配网络，所述交流电力输配网络包括第一电压源换流器、第二电压源换流器以及连接这两个电压源换流器的直流链路，其中：
每个电压源换流器被配置为在交流馈线正常运行时对交流电力输配网络的相应交流馈线进行电压校正；所述第一电压源换流器被配置为：当连接到所述第一电压源换流器的第一交流馈线出现故障时，向所述第一交流馈线施加诊断交流电压，并且在施加所述诊断交流电压的同时，在所述第一电压源换流器与所述第一交流馈线的连接处进行电流和电压的测量。


2.根据权利要求1所述的SOP，其中，所述第一电压源换流器被配置为根据施加到所述直流链路的直流电压生成所述诊断交流电压，并且所述第二电压源换流器被配置为根据从第二交流馈线所接收到的电压生成所述直流电压，所述第二交流馈线与所述第二电压源换流器可操作地耦接。


3.根据权利要求1或2所述的SOP，其中，还包括处理装置，所述处理装置被配置为执行以下一项或多项：
根据所述测量确定所述第一交流馈线上是否存在故障；
根据所述测量和所述第一交流馈线的单位长度的阻抗或电阻估计沿着所述第一交流馈线从所述诊断交流电压的施加点到所述第一交流馈线上的故障的距离；以及
根据所述测量确定所述第一交流馈线上的故障的类型。


4.根据权利要求1至3中的任一项所述的SOP，其中，所述处理装置被布置成响应于确定所述故障已经消除而发送使馈线隔离装置闭合的命令。


5.根据权利要求1至4中的任一项所述的SOP，其中，所述处理装置被布置成响应于确定所述故障在被检测到之后持续存在预定时间而发送使馈线隔离装置断开的命令。


6.一种系统，包括：
根据权利要求1或2所述的SOP；以及
处理装置；
其中，所述处理装置被配置为执行以下一项或多项：
根据所述测量和所述第一交流馈线的单位长度的阻抗或电阻估计沿着所述第一交流馈线从所述诊断交流电压的施加点到所述第一交流馈线的故障的距离；
根据所述测量确定所述第一交流馈线上的故障的类型；以及
根据所述测量确定所述第一交流馈线上是否存在故障。


7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述处理装置被布置成响应于确定所述故障是临时性类型而发送使馈线隔离装置闭合的命令。


8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述处理装置被布置成响应于确定所述故障是永久性类型而发送使馈线隔离装置断开的命令。


9.一种用于交流电力输配网络中的交流馈线的故障评估的方法，其中，所述方法包括：
停止从柔性开关设备SOP的电压源换流器向交流馈线提供电压校正；
利用所述电压源换流器生成诊...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建中，阿维纳什·艾瑟尔，
申请(专利权)人：卡迪夫大学学院顾问有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB