[发明专利]一种混合直流输电系统故障处理装置及故障处理方法

说明书

本发明公开一种混合直流输电系统故障处理装置，包括采集单元、故障判别单元及故障处理单元。本发明还公开一种混合直流输电系统故障处理方法，采集混合直流输电系统的直流电压、直流电流、逆变换流站及整流换流站所连接交流电网的交流电压以及整流换流站内电压源型换流器的子模块电容电压；判别混合直流输电系统是否发生故障；若发生故障，则控制整流换流站切换直流电流指令值和/或直流电压指令值，控制逆变换流站切换触发角指令值。此种技术方案能够在换流器不闭锁的情况下有效处理混合直流输电系统的直流输电线路故障，可靠地穿越故障，并能在故障消失后实现快速的直流功率恢复，更好地维持交直流输电系统的稳定，保护交直流输电系统的安全。

技术领域

本发明属于混合直流输电领域，特别涉及一种混合直流输电系统故障处理装置及故障处理方法。

背景技术

高压直流输电系统可分为两种类型：基于晶闸管技术的常规直流输电系统(LCC-HVDC)和基于全控型电力电子器件技术的柔性直流输电系统(Flexible-HVDC)。其中，常规直流输电系统(LCC-HVDC)成本低、损耗小、运行技术成熟，目前，世界上正在运行的直流输电系统几乎都是LCC-HVDC系统，但常规直流输电系统(LCC-HVDC)存在逆变侧容易发生换相失败、对交流系统的依赖性强、吸收大量无功、换流站占地面积大等缺点。而新一代的柔性直流输电系统(Flexible-HVDC)则能够实现有功功率及无功功率解耦控制、可以向无源网络供电、结构紧凑占地面积小、不存在逆变侧换相失败问题等优点，但其存在成本高昂、损耗较大等缺陷。

因此结合常规直流输电和柔性直流输电的混合直流输电系统将具有很好的工程应用前景。目前混合直流输电系统的拓扑结构主要有如图1所示的对称单极接线的混合两端直流输电系统和图2所示的对称双极接线的混合两端直流输电系统。这两种系统结合了常规直流输电损耗小、运行技术成熟以及柔性直流输电可以向无源网络供电、不会发生换相失败的优点。

但图1和图2中的混合直流输电系统，当直流输电线路由于绝缘降低发生闪络或树枝碰撞引起接地故障时，直流系统将短时形成短路，有功功率不能输出到交流侧，并产生巨大的直流故障电流，此时需要快速采取相关措施，以免危及相关直流设备安全。

现有技术中，基于晶闸管技术的常规直流输电系统，在直流输电线路发生故障时，整流侧换流器在判断出直流线路发生故障后，立即移相至最大角度，转入逆变运行状态抽取直流侧的故障能量并切断直流故障电流，逆变侧换流器通过站间通信或自己的故障判别单元判别出直流线路发生故障后，继续维持逆变运行，抽取直流侧故障能量。在直流线路故障消失后，整流侧换流器立即减少触发角，恢复直流系统的功率。而基于全控型电力电子器件技术的柔性直流输电系统，在直流输电线路发生故障时，由于换流器所包含的电容的放电作用，此时直流侧将产生更为巨大的故障电流，整流和逆变两侧换流器在判断出直流线路发生故障后立即闭锁并同时跳开所联交流侧断路器，跳开直流侧刀闸，以切断直流故障电流。在直流线路故障消失后，整流和逆变两侧换流器将先合上直流侧刀闸，然后重新合上交流侧断路器进行预充电，最后恢复直流系统的功率，这样整个系统的重启恢复时间较长，通常为秒级，不利于交直流输电系统的暂态稳定。由于混合直流输电系统至少一端采用电压源型换流器，一端采用晶闸管换流器，因此混合直流输电系统在直流输电线路故障时，一般晶闸管换流器采用常规直流输电系统的处理方法，电压源型换流器采用柔性直流输电系统的处理方法，因此整个混合直流输电系统的重启恢复时间也较长，通常为秒级，不利于交直流输电系统的暂态稳定。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种混合直流输电系统故障处理装置及故障处理方法，能够在换流器不闭锁的情况下有效处理混合直流输电系统的直流输电线路故障，可靠地穿越故障，并能在故障消失后实现快速的直流功率恢复，更好地维持交直流输电系统的稳定，保护交直流输电系统的安全。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：