本發(fā)明涉及一種高壓直流斷路器的合閘控制方法，屬于斷路器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

柔性直流輸電采用電壓源型換流器，可以獨(dú)立、快速控制有功功率和無功功率，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、抑制系統(tǒng)頻率和電壓的波動、提高并網(wǎng)交流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。隨著化石能源的日益枯竭和改善環(huán)境壓力的日益增加，中國乃至世界均面臨著能源結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整，大規(guī)模開發(fā)和利用新能源勢在必行。

隨著柔性直流輸電往更高電壓和更大容量發(fā)展，柔性直流輸電應(yīng)用于架空線輸電實(shí)現(xiàn)我國能源資源優(yōu)化配置的客觀要求，也是電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的未來趨勢。由于架空線發(fā)生故障的概率較高，雷擊等原因可能導(dǎo)致線路桿塔等的過電壓擊穿，發(fā)生直流線路瞬時性短路故障。柔性直流輸電系統(tǒng)通過配置高壓直流斷路器來快速隔離故障，如何快速恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行是工程應(yīng)用中亟需解決的問題。直接重合高壓直流斷路器空充直流線路會出現(xiàn)過電壓和系統(tǒng)振蕩問題。在高壓直流斷路器外串聯(lián)配置并聯(lián)連接的電阻和旁路開關(guān)，可以對線路進(jìn)行預(yù)充電來降低合閘操作產(chǎn)生的過電壓，但是額外增加了場地和成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，在于提供一種高壓直流斷路器的合閘控制方法，通過逐組閉合分?jǐn)嘀返姆謹(jǐn)鄦卧?，?jīng)由處于分?jǐn)酄顟B(tài)的分?jǐn)鄦卧姆蔷€性電阻使輸電系統(tǒng)平穩(wěn)充電，從而有效降低合閘操作引起的過電壓和系統(tǒng)振蕩，保證輸電系統(tǒng)的可靠安全運(yùn)行。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種高壓直流斷路器的合閘控制方法，所述高壓直流斷路器包括相互并聯(lián)連接的通態(tài)支路和分?jǐn)嘀?，所述通態(tài)支路包括相互串聯(lián)的機(jī)械開關(guān)和通態(tài)閥組，所述分?jǐn)嘀钒ㄖ辽僖粋€相互串聯(lián)連接的分?jǐn)鄦卧龇謹(jǐn)鄦卧ㄏ嗷ゲ⒙?lián)連接的分?jǐn)嚅y組和非線性電阻；所述高壓直流斷路器的合閘控制方法首先閉合分?jǐn)嘀?，然后閉合通態(tài)支路，最后分?jǐn)喾謹(jǐn)嘀罚?/p>

所述閉合分?jǐn)嘀窞橹鸾M閉合分?jǐn)嘀分械姆謹(jǐn)鄦卧?，每組分?jǐn)鄦卧ㄖ辽僖粋€分?jǐn)鄦卧?/p>

在所述逐組閉合分?jǐn)嘀返姆謹(jǐn)鄦卧^程中，通過處于分?jǐn)酄顟B(tài)的分?jǐn)鄦卧姆蔷€性電阻給輸電系統(tǒng)充電。

進(jìn)一步地，所述逐組閉合分?jǐn)嘀返姆謹(jǐn)鄦卧?，其每組數(shù)量及其閉合順序由輸電系統(tǒng)過電壓水平umax和合閘允許最大時間tmax決定；任意一組投入后，滿足沖擊電壓不大于兩倍輸電系統(tǒng)過電壓水平umax；所有組全部投入時間不大于工程要求的合閘允許最大時間tmax。

進(jìn)一步地，在所述逐組閉合分?jǐn)嘀分械姆謹(jǐn)鄦卧^程中，閉合當(dāng)前組分?jǐn)鄦卧笈袛噍旊娤到y(tǒng)是否發(fā)生故障；若未發(fā)生故障，繼續(xù)閉合下一組分?jǐn)鄦卧?，直至所有組分?jǐn)鄦卧块]合后再繼續(xù)下一步操作；若發(fā)生故障時，則分?jǐn)嗨薪M已閉合的分?jǐn)鄦卧⒔Y(jié)束合閘操作。

進(jìn)一步地，所述輸電系統(tǒng)故障，包括線路故障、換流站故障和直流斷路器故障。

進(jìn)一步地，所述閉合分?jǐn)嘀窞榻怄i分?jǐn)鄦卧蟹謹(jǐn)嚅y組的半導(dǎo)體開關(guān)器件，分?jǐn)喾謹(jǐn)嘀窞殚]鎖分?jǐn)鄦卧蟹謹(jǐn)嚅y組的半導(dǎo)體開關(guān)器件。

進(jìn)一步地，所述閉合通態(tài)支路為閉合機(jī)械開關(guān)和閉合通態(tài)閥組。

進(jìn)一步地，所述每組數(shù)量和閉合順序可以預(yù)先設(shè)定，也可以在線計算確定與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：

1)利用分?jǐn)嘀分械姆蔷€性電阻對輸電系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)充電，有效節(jié)約了成本和占地面積。目前，現(xiàn)有技術(shù)，如柔性直流輸電換流閥(vsc)、統(tǒng)一潮流控制器(upfc)、靜止無功發(fā)生器(svg)等裝置，均是通過額外增加充電電阻和旁路開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。

2)充分利用非線性電阻，在系統(tǒng)約束條件下，逐組閉合分?jǐn)嘀分械姆謹(jǐn)鄦卧瑥亩祥l操作引起的沖擊過電壓和系統(tǒng)振蕩、消除因此對系統(tǒng)其它重要設(shè)備產(chǎn)生的負(fù)面影響，大大提升整個系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的高壓直流斷路器的合閘控制方法的流程圖。

圖2是高壓直流斷路器的拓?fù)浠窘Y(jié)構(gòu)。

圖3是直流輸電系統(tǒng)配置高壓直流斷路器的等效電路圖。

圖4是目前高壓直流斷路器的合閘控制方法下的電壓波形(圖中pu為直流線路電壓標(biāo)幺值)。

圖5是本發(fā)明提供的高壓直流斷路器合閘控制方法下的電壓波形(圖中pu為直流線路電壓標(biāo)幺值)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

附圖2所示為高壓直流斷路器基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括通態(tài)支路(1)和分?jǐn)嘀?2)，通態(tài)支路(1)和分?jǐn)嘀?2)相互并聯(lián)連接。通態(tài)支路包括串聯(lián)連接的機(jī)械開關(guān)和通態(tài)閥組，機(jī)械開關(guān)可以是一個開關(guān)或多個開關(guān)串聯(lián)連接。分?jǐn)嘀钒ㄖ辽僖唤M串聯(lián)連接的分?jǐn)鄦卧?，分?jǐn)鄦卧ㄏ嗷ゲ⒙?lián)連接的分?jǐn)嚅y組和非線性電阻。

附圖3所示是直流輸電系統(tǒng)配置高壓直流斷路器的等效電路圖，直流換流站輸出連接高壓直流斷路器，高壓直流斷路器輸出連接輸電線路，輸電線路用電感和電容等效。us表示高壓直流斷路器換流站側(cè)對地電壓，ub表示高壓直流斷路器兩端電壓，ul表示高壓直流斷路器線路側(cè)對地電壓，ur表示線路遠(yuǎn)端電壓。

目前高壓直流斷路器的合閘控制方法為：閉合分?jǐn)嘀?，然后閉合通態(tài)支路，最后分?jǐn)喾謹(jǐn)嘀?。附圖4所示是目前高壓直流斷路器合閘控制方法下的電壓波形。t時刻閉合分?jǐn)嘀?，即所有分?jǐn)嘀返姆謹(jǐn)鄦卧块]合，高壓直流斷路器兩端電壓ub瞬間降為零，高壓直流斷路器線路側(cè)對地電壓ul與換流站側(cè)對地電壓us瞬間相等，該電壓階躍變化將引起線路遠(yuǎn)端電壓ur強(qiáng)烈振蕩，較高的過電壓和振蕩對系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生不利的影響，如線路避雷器動作、換流站閉鎖等。

本發(fā)明的高壓直流斷路器的合閘控制方法，首先逐組閉合分?jǐn)嘀返姆謹(jǐn)鄦卧缓箝]合通態(tài)支路，最后分?jǐn)喾謹(jǐn)嘀贰?/p>

在逐組閉合分?jǐn)嘀返姆謹(jǐn)鄦卧^程中，通過處于分?jǐn)酄顟B(tài)的分?jǐn)鄦卧姆蔷€性電阻給輸電系統(tǒng)充電。實(shí)際工程應(yīng)用中，非線性電阻可為氧化鋅避雷器。

逐組閉合分?jǐn)嘀返姆謹(jǐn)鄦卧?，其每組數(shù)量及其閉合順序由輸電系統(tǒng)過電壓水平umax和合閘允許最大時間tmax決定；任意一組投入后，滿足沖擊電壓不大于兩倍輸電系統(tǒng)過電壓水平umax；所有組全部投入時間不大于工程要求的合閘允許最大時間tmax。

在逐組閉合分?jǐn)嘀分械姆謹(jǐn)鄦卧^程中，閉合當(dāng)前組分?jǐn)鄦卧笈袛噍旊娤到y(tǒng)是否發(fā)生故障，輸電系統(tǒng)故障包括線路故障、換流站故障和直流斷路器故障。若未發(fā)生故障，繼續(xù)閉合下一組分?jǐn)鄦卧?，直至所有組分?jǐn)鄦卧块]合后再繼續(xù)下一步操作。若發(fā)生故障時，則分?jǐn)嗨薪M已閉合的分?jǐn)鄦卧?，并結(jié)束合閘操作。

附圖5所示是本發(fā)明高壓直流斷路器的合閘控制方法下的電壓波形。從t時刻合閘操作開始，隨著第一組、第二組、第三組、第…組分?jǐn)鄦卧闹鸾M閉合，高壓直流斷路器兩端電壓ub緩慢降低、高壓直流斷路器線路側(cè)電壓ul緩慢上升，從而使得線路遠(yuǎn)端電壓ur緩慢上升，有效避免了合閘操作引起的過電壓和系統(tǒng)振蕩。

下面以一個分?jǐn)嘀泛惺畟€分?jǐn)鄦卧母邏褐绷鲾嗦菲鱽磉M(jìn)一步說明本發(fā)明高壓直流斷路器的合閘控制方法具體實(shí)施方式。

對分?jǐn)嘀分械姆謹(jǐn)鄦卧M(jìn)行分組和排序編號，使得沖擊電壓和合閘時間均滿足要求。分組和排序有很多種可執(zhí)行的組合，如：

1)分為兩組：第一組含有五個分?jǐn)鄦卧⒌诙M含有五個分?jǐn)鄦卧?；第一組含有六個分?jǐn)鄦卧?、第二組含有四個分?jǐn)鄦卧?；…?/p>

2)分為三組：第一組含有五個分?jǐn)鄦卧?、第二組含有三個分?jǐn)鄦卧⒌谌M含有兩個分?jǐn)鄦卧?；第一組含有五個分?jǐn)鄦卧?、第二組含有二個分?jǐn)鄦卧?、第三組含有三個分?jǐn)鄦卧?；…?/p>

3)分為四組：第一組含有五個分?jǐn)鄦卧?、第二組含有三個分?jǐn)鄦卧?、第三組含有一個分?jǐn)鄦卧?、第四組含有一個分?jǐn)鄦卧?；第一組含有三個分?jǐn)鄦卧?、第二組含有一個分?jǐn)鄦卧?、第三組含有一個分?jǐn)鄦卧?、第四組含有五個分?jǐn)鄦卧弧?/p>

4)分為五組：第一組含有五個分?jǐn)鄦卧?、第二組含有兩個分?jǐn)鄦卧⒌谌M含有一個分?jǐn)鄦卧⒌谒慕M含有一個分?jǐn)鄦卧?、第五組含有一個分?jǐn)鄦卧坏谝唤M含有一個分?jǐn)鄦卧?、第二組含有一個分?jǐn)鄦卧⒌谌M含有一個分?jǐn)鄦卧?、第四組含有兩個分?jǐn)鄦卧⒌谖褰M含有五個分?jǐn)鄦卧?；…?/p>

5)分為六組：……

6)分為七組：……

7)分為八組：……

8)分為九組：……

9)分為十組：……

通過系統(tǒng)仿真或理論計算可以得出分組和排序編號的方案是否滿足沖擊電壓和合閘時間要求。

附圖1所示是本發(fā)明高壓直流斷路器的合閘控制方法的流程圖實(shí)施例之一，具體步驟如下：

步驟1：接收到合閘操作命令后，對組號n賦初值1。

步驟2：閉合第n組分?jǐn)鄦卧?n＝1，2，3…)，即解鎖第n組分?jǐn)鄦卧謹(jǐn)嚅y組的半導(dǎo)體開關(guān)器件。第n組分?jǐn)鄦卧]合后，未分?jǐn)嗟姆謹(jǐn)鄦卧姆蔷€性電阻進(jìn)入低阻態(tài)，對輸電系統(tǒng)充電。

步驟3：判斷線路是否發(fā)生故障。第n組分?jǐn)鄦卧]合后，留有時間來判斷輸電系統(tǒng)是否發(fā)生故障，如線路故障、換流站故障或高壓直流斷路器故障等。若發(fā)生故障則進(jìn)入步驟(7)，高壓直流斷路器合閘失??；若線路未發(fā)生故障則進(jìn)入步驟(4)，執(zhí)行下一步操作。

步驟4：n＝n+1，準(zhǔn)備閉合下一組分?jǐn)鄦卧?/p>

步驟5：判斷分?jǐn)鄦卧欠袢块]合。全部閉合則進(jìn)入步驟(6)，否則進(jìn)入步驟(2)。

步驟6：閉合通態(tài)支路。分?jǐn)鄦卧块]合后，閉合通態(tài)支路的機(jī)械開關(guān)和通態(tài)閥組。

步驟7：分?jǐn)喾謹(jǐn)嘀返乃蟹謹(jǐn)鄦卧?，高壓直流斷路器合閘成功。

步驟8：合閘操作結(jié)束。

上述實(shí)施步驟中，分?jǐn)嘀返姆謹(jǐn)鄦卧纸M并排序編號的實(shí)施方法也可以改進(jìn)為不編號進(jìn)行執(zhí)行。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。