[发明专利]基于限流器和断路器的混合直流输电故障处理系统及方法

说明书

本发明涉及电力系统及自动化技术，具体涉及基于限流器和断路器的混合直流输电故障处理系统及方法，该系统在输电线路的入口和出口各装设一套电阻型超导故障限流器设备和混合式直流断路器设备，设计可控延时来协调电阻型超导故障限流器和混合式直流断路器的动作时间间隔，以实现两者之间的配合，有效处理混合直流输电系统中的直流故障。该系统的方法在处理直流故障时具有有效性和适用性，特别是对于电压源换流器型换流站，能够有力地抑制直流故障电流上升、减少暂态电压持续时间、显著降低混合型断路器耗散能量，对于电网换相型换流站该方法可以作为一个有效的后备手段，确保及时实现故障隔离。有效提高了整个混合直流输电系统的鲁棒性。

技术领域

本发明属于电力系统及自动化技术领域，尤其涉及基于限流器和断路器的混合直流输电故障处理系统及方法。

背景技术

传统的高压直流输电(High Voltage Direct Current，HVDC)技术有电网换相型(Line Commutated Converter，LCC)高压直流输电技术和电压源换流器型(VoltageSource Converter，VSC)高压直流输电技术。近年来，混合直流输电技术是实现远距离大容量输电目标的一种新型实现方案，受到国内外学者越来越多的关注。混合直流输电技术融合了LCC-HVDC和VSC-HVDC两种技术优点，将LCC换流站作为整流站，可有效地降低成本；将VSC换流站作为逆变站，可增强运行灵活性。此外，混合直流输电技术具备以下优点：(1)消除了换相失败的风险；(2)增强了对弱电网甚至无源电网的支撑能力；(3)实现了有功功率和无功功率的灵活控制。

针对混合直流输电技术在工程应用中出现的一些问题，目前国内外学者的研究主要集中在如何增强交流故障下系统的鲁棒性、如何建立系统小信号模型等方面，而关于如何增强直流故障下系统鲁棒性的研究却很少。在混合直流输电系统中，输电线路发生直流短路故障，特别是双极接地故障，是非常严重的故障，如果不能及时限制住短路电流，短路电流可能对设备造成不可逆的破坏，甚至导致整个系统的崩溃。对于混合直流输电系统中LCC换流站的直流短路电流，可以通过调整触发角及附加限流方案，取得较好的直流短路电流抑制效果；对于VSC换流站的直流短路电流，即使故障发生后立即闭锁电力电子开关，由于直流电容的放电，直流故障电流上升速度非常快。因此引入一种能够快速隔离混合直流输电系统直流故障的方法，是很有必要的。

在高压直流输电系统中，电阻型超导限流器(Superconducting Fault CurrentLimiter，SFCL)常被用来限制短路电流大小，SFCL主要利用超导材料的失超原理来实现限流，其限流原理可以直观描述为：在正常运行状态下，超导限流器由于超导特性，等效电阻为0，此时流过电流为系统正常工作电流，限流器的接入对系统不产生影响，但当直流故障发生时，线路短路使得故障电流迅速上升导致超导失超，超导的失超极大增加了限流器的电阻值，从而实现了故障电流限流。

在高压直流输电系统中，为了保证系统安全可靠的运行，设置直流断路器来快速切除故障，将故障部分隔离是不可缺少的。在直流断路器的发展历程中，出现了机械式直流断路器、固态式直流断路器、混合式直流断路器(Hybrid DC Circuit Breaker，HDCB)等类型的断路器。机械式直流断路器带负载能力强、运行稳定、通态损耗小、开断容量大，但其切除故障电流的时间长、切除时设备容易受到电弧灼烧；固态式直流断路器切断速度快，但需要串联大量电力电子开关，对均压和均流技术要求高，并且大量电力电子开关的使用增加了直流断路器正常导通情况下的通态损耗；HDCB将机械开关与固态开关相结合，保留了机械开关通态损耗小、带载能力强和固态开关响应速度快的优点，实现直流电流快速、安全开断。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电阻型超导限流器-混合式直流断路器的混合直流输电故障处理系统及方法，在直流故障发生时，协调电阻型SFCL和HDCB 的动作时间对直流故障进行隔离，以期能够抑制直流故障电流上升、缩短暂态电压持续时间、降低直流断路器的耗散能量，确保系统中换流站在故障发生时不被故障电流损坏，提高混合直流输电系统直流故障下的鲁棒性。