[发明专利]利用换流器主动注入和行波耦合的直流线路故障保护方法

说明书

本发明公开一种利用换流器主动注入和行波耦合的直流线路故障保护方法，包括以下步骤：在直流输电系统的故障极直流线路故障清除/隔离后与换流器重启/重合前的间隔内，利用健全极换流器附加控制策略向直流线路注入特征信号，特征信号在直流线路故障存在和消失时的传播特性存在差异，利用该差异实现直流故障线路的故障性质判别，进而控制故障极输电系统不重启/重合断路器，实现直流线路故障保护。本发明在架空线输电场合的直流系统实现了自适应重启/重合，缩短了停电时间，确保直流系统安全可靠运行，直接效益和间接效益十分显著。

技术领域

本发明属于直流线路故障保护领域，特别涉及一种利用换流器主动注入和行波耦合的直流线路故障保护方法。

背景技术

输电线路作为覆盖面积最大且工作条件最恶劣的元件，其故障发生率是电力系统所有设备中最高的。线路故障具有单相(极)、瞬时性的特点，线路故障切除后经固定时限重合成功的概率为60％～90％，电压等级越高重合成功率越高。因此，重合/重启技术的应用对于提高以架空线为主的电力系统的稳定性和供电连续性至关重要。

传统的交流自动重合闸盲目重合于永久性故障时，会使电力系统短时间内连续遭受两次故障冲击，尤其是三相重合于相间永久性故障，造成重合后电力系统摇摆幅度增大，降低断路器等电气设备绝缘、减少其使用寿命。为避免重合于永久性故障，国内外学者提出了具有识别永久性和瞬时性故障能力的自适应重合理论。与交流系统相比，全控性电力电子器件过流能力弱，柔性直流输电系统承受故障冲击能力较差，直流系统的重合/重启应避免二次冲击等危害。如何实现故障性质和重合时间的自适应判别是柔性直流输电系统重合/重启技术的关键所在。

交流线路自适应重合闸利用相间耦合关系判别线路故障性质，如单相重合闸利用的跳开相与健全相的耦合关系，三相重合闸利用的是并联电抗器电流衰减较慢，电流特征在健全相和故障相表现出差异性，进而实现故障性质判别；而直流线路故障清除/隔离后，直流系统电气量保持恒定，健全极与故障极无耦合关系，直流线路的故障性质判别必须采用施加扰动的方法来实现，因此构建具有故障性质判别能力的自适应重合/重启方案的关键在于如何获取故障信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用换流器主动注入和行波耦合的直流线路故障保护方法，以解决上述技术问题。本发明在直流输电线路发生单极故障，故障被清除或隔离后，通过健全极MMC附加控制策略向健全极直流线路注入特征信号，由于输电线路间的电气量存在耦合，故障极线路将感应出相应的特征信号，利用故障极特征信号在线路故障存在与消失时的传播特性差异进行故障性质判别，本发明对直流架空输电线路的供电可靠性和安全稳定运行的提升具有重要意义。

为实现上述目标，本发明采用的技术方案，包括：

利用换流器主动注入和行波耦合的直流线路故障保护方法，包括以下步骤：在直流输电系统的故障极直流线路故障清除/隔离后与换流器重启/重合前的间隔内，利用健全极换流器附加控制策略向直流线路注入特征信号，特征信号在直流线路故障存在和消失时的传播特性存在差异，利用该差异实现直流故障线路的故障性质判别，进而控制故障极输电系统不重启/重合断路器，实现直流线路故障保护。

进一步的，直流输电系统为真双极接线。

进一步的，故障极直流线路的任意一极输电线路发生单极接地故障时，故障极中任意一个换流站切换故障清除策略，健全极对应换流站采用注入特征信号控制策略。

进一步的，特征信号的幅值采取ΔN＝X；X为直流输电系统的桥臂子模块个数的10％～30％。

进一步的，特征信号脉宽选取为50ms，占空比为10％。

进一步的，故障极换流器故障清除策略启动后1-200ms后，将健全极换流器切换为附加控制策略，向直流健全线路注入特征信号，故障极感应的特征信号频率与在健全极线路主动注入特征信号的频率一致，幅值正比于在健全极线路主动注入的特征信号的幅值。