一种柔性直流电网的直流故障穿越方法与流程

本发明属于电力工程技术领域，特别的涉及一种柔性直流电网的直流故障穿越方法。

背景技术：

基于柔性直流输电技术的直流电网将分布在各个地区的风电、光伏等多种能源连接在一起，利用风电、光伏、储能等多种能源形式之间的互补性，克服可再生能源发电间歇性与不稳定性等问题，提高可再生能源的发电利用率。模块化多电平电压源型换流器(MMC)为第二代柔性直流输电技术，目前已经有多条线路投运或者正在建设。但是，半桥MMC不具备直流故障清除能力，随着直流断路器技术的发展，柔性直流电网技术具备了从理论到工程实现的可能性。与半桥MMC双端或者多端系统不同，在柔性直流电网中，当一个换流站或者一条线路出现故障时，其他换流站和线路的运行不能受到影响，直流电网不能出现停机现象。因此，在柔性直流电网中，直流故障穿越策略对于柔性直流电网的安全稳定运行有重要的意义。

在柔性直流电网这种新型的输电系统中，在直流故障发生后，不能出现几个站同时闭锁停机的情况，需要通过对直流断路器和换流站的控制来完成直流故障穿越以保证柔性直流电网的运行。目前，业界关于直流断路器拓扑和试验方面的研究比较多；关于双端或者多端柔性直流输电系统的研究大多集中在控制策略等方面，关于故障分析研究比较多。关于柔性直流电网的研究较少，主要集中在理论实现以及协调控制策略上。但是，业界内关于柔性直流电网中最基本的直流故障穿越策略没有研究，尤其是配置直流断路器的柔性直流电网直流故障穿越策略目前还没有展开工程实践。

技术实现要素：

为实现柔性直流电网的直流故障穿越，本发明提供了一种柔性直流电网的直流故障穿越方法。

一种柔性直流电网的直流故障穿越方法，包括以下步骤：

a)直流电网保护系统根据监测到的数据对直流故障类型进行判断；

b)当故障类型为换流站故障时，采取换流站故障穿越策略将故障的换流站从直流电网隔离；

当故障类型为线路直流故障时，采取线路直流故障穿越策略将发生故障的直流线路从直流电网隔离。

进一步的，在步骤b)中，当故障类型为换流站故障时，首先对换流站运行模式进行判断，如果该换流站为非定电压运行模式，则立刻启动所述换流站故障穿越策略；如果该站为定电压运行模式，则待柔性直流电网后备定电压换流站运行后，再启动所述换流站故障穿越策略。

进一步的，所述换流站故障穿越策略为：

换流站和直流断路器同时独立的进行动作：

1)故障换流站并网点相连的两组直流断路器立刻开断；等换流站完成切除后，直流断路器根据柔性直流电网控制指令重新导通；

2)换流站立刻进行闭锁检测：如果符合闭锁条件，该换流站进行闭锁，等到换流站直流母线上电压电流降为零，换流站与并网点断开，换流站隔离过程完成；等到故障切除后，再重新进行启动和并网；

如果换流站不合符闭锁条件，等到故障切除，重新进行并网。

进一步的，所述线路直流故障穿越策略为：

换流站和直流断路器同时各自独立的进行动作：

1)故障线路两端的直流断路器立刻开断；将含故障点的整条线路从直流电网中切除掉，电网处于开环运行工况；等到故障切除后，根据柔性直流电网控制指令重新闭合；

2)故障点附近换流站立刻进行闭锁检测，如果该站不符合闭锁条件，换流站不需要采取动作，保持当前运行状态；

如果该站符合闭锁条件，当该站为定电压换流站，后备定电压策略启动后该站进行闭锁；当该站为非定电压站时立刻进行闭锁；

等到直流线路完成切除后，重新进行解锁启动。

进一步的，直流断路器的动作指令直接由柔性直流断网控制中心下发。

本发明的有益效果是：

1)该方法中将直流故障分为两类，故障穿越能力准确高效；

2)该方法中采用定点清除的方案，可以最大程度的保证直流电网的运行不受影响；

3)判断出故障后直接向相关断路器发出指令，故障隔离速率比较高；

4)线路故障点两侧直流断路器同时开断，可以大大降低柔性直流电网过电压。

附图说明

图1为柔性直流电网拓扑；

图2为用于柔性直流电网直流故障穿越方法总体方案图；

图3为全控型直流断路器开断与闭合过程的控制逻辑；

图4为换流站直流故障穿越策略流程图；

图5为线路侧直流故障穿越策略流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种柔性直流电网的直流故障穿越方法。该方法以实现柔性直流电网的直流故障穿越为目的，将直流故障分为两类：1)换流站直流故障；2)直流输电线路直流故障。该方法为换流站和直流断路器设置两个独立控制保护系统。直流故障发生时，针对不同的故障类型，通过协调控制直流断路器和换流站来完成柔性直流电网直流故障穿越。

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明所提供的方法主要包括故障判断，然后通过直流断路器和换流站配合来完成直流故障穿越。本发明所提供的直流故障穿越同时适用于串联型和并联型两种多端系统。

如图1所示，为柔性直流电网串联型结构拓扑。在柔性直流电网中，柔性直流输电换流站通过并网点与柔性直流电网相连接。交流系统或者新能源系统通过MMC向直流电网馈入电能或者抽取电能。直流线路两端配置有直流断路器。

柔性直流电网运行过程中，一个站处于定电压模型，其他站处于定有功功率模式。柔性直流电网在运行过程中，不能出现多站同时闭锁或者整个电网停机现象。因此，在柔性直流电网运行过程中需要具备直流故障穿越能力。

如图2所示，本发明以换流站与柔性直流电网的并网点为界限将直流故障分为换流站直流故障和直流输电线路直流故障；同时，该方法中将换流站和直流断路器动作设置分为两个独立的系统，两个系统根据各自的逻辑和指令进行动作；当直流故障发生后，直流电网保护系统根据监测到的数据辨识出故障类型，根据故障类型为换流站故障采用换流站故障穿越策略；为线路直流故障采用线路直流故障穿越策略，把发生故障的换流站或者直流线路迅速与直流电网隔离；等到故障清除之后，再将故障部分重新并网。

在柔性直流电网中为换流站和直流断路器动作分别设置两个独立的系统，两个系统根据各自的逻辑和指令进行动作。以并网点为分界，根据柔性直流电网直流故障发生的位置分为换流站侧直流故障和线路侧直流故障。

两种故障穿越策略都是通过直流断路器控制加上换流站自身的动作共同完成的。直流断路器的开断与闭合指令由柔性直流电网控制中心下发，得到指令后直流断路器内部通过控制逻辑来完成开断或者闭合。

如图3所示，全控型直流断路器开断与闭合过程的控制逻辑为：

1)开断过程

QD表示直流断路器收到的动作信号。在t₀时刻，QD从闭合变为断开，转移支路首先导通(SZP＝1)，然后主通路的通流开关关断(SMP＝0)。主通路机械开关监测到电流电压为零时，机械开关开断(GSGL＝0)。机械开关完成开断后，转移支路开始关断(SZP＝0)。最后，电流减小为零，直流断路器完成关断。

2)闭合过程

故障恢复后，直流电网向直流断路器下发闭合指令，在t₄时刻，QD从断态变为闭合，转移支路首先导通(SZP＝1)；然后主通路机械开关闭合(GSGL＝1)，等到机械开关完成闭合后，主通路中通流开关开始导通(SMP＝1)；然后，将转移支路开始关断(SZP＝0)。进入稳态后，电流全部从主通路流过，闭合过程完成。

图4所示为换流站直流故障穿越策略流程图。

柔性直流电网控制保护经过故障辨识系统，检测到换流站侧发生直流故障。如果该换流站为非定电压运行模式则直流故障穿越策略立刻启动；如果该站为定电压换流站，则柔性直流电网后备定电压换流站运行后，直流故障穿越策略启动，其故障穿越策略为：

换流站和直流断路器同时各自独立的进行动作：

1)故障换流站并网点相连的两组直流断路器立刻开断；待换流站完成切除后，直流断路器根据柔性直流电网控制指令重新导通；

2)换流站立刻进行闭锁检测：如果符合闭锁条件，该换流站进行闭锁，等到换流站直流母线上电压电流降为零，换流站与并网点断开，换流站隔离过程完成；等到故障切除后，再重新进行启动和并网；

如果换流站不合符闭锁条件，等到故障切除，重新进行并网。

整个过程中，其他换流站保持正常运行。

图5所示为线路侧直流故障穿越策略流程图。

换流站和直流断路器同时各自独立的进行动作：

1)故障线路两端的直流断路器立刻开断；将含故障点的整条线路从直流电网中切除掉，电网处于开环运行工况；等到故障切除后，根据柔性直流电网控制指令重新导通；

2)故障点附近换流站立刻进行闭锁检测，如果该站不符合闭锁条件，换流站不需要采取动作，保持当前运行状态；

如果该站符合闭锁条件，当该站为定电压换流站，后备定电压策略启动后该站进行闭锁；当该站为非定电压站时立刻进行闭锁。等到直流线路完成切除后，重新进行解锁启动。

在直流故障穿越策略运行过程中，其他非故障换流站和非故障直流线路正常运行。

本发明公开了一种柔性直流电网的直流故障穿越方法，该方法以柔性直流电网直流故障穿越为目的，将直流故障分为两个类型：1)换流站直流故障；2)直流输电线路直流故障。同时，该方法为换流站和直流断路器设置两个独立控制保护系统。直流故障发生时，针对不同的故障类型，通过协调控制直流断路器和换流站来完成柔性直流电网直流故障穿越。采用该方法能够保证柔性直流电网具有直流故障穿越能力，直流故障发生过程能够保证柔性直流电网的稳定运行，相关非故障换流站和输电线路的正常运行不会受到影响

以上实施例仅用以对本发明的技术方案进行说明、解释，而非对其限制，所属领域的技术人员阅读本申请后，参照上述实施例对本发明进行的各种修改或变更的行为，均在本发明专利的权利申请要求保护范围之内。