[发明专利]含有超导直流限流器的柔性直流系统直流侧主回路参数设计方法

说明书

本发明公开了一种含有超导直流限流器的柔性直流系统直流侧主回路参数设计方法，包括：(1)确定短路电流峰值、避雷器支路接入时刻和最严酷工况；(2)计算平波电抗与短路电流峰值时刻的关系；(3)求解平波电抗大小；(4)求解限流电阻大小。本发明直流侧主回路参数设计方法能够填补含有超导限流器的直流主回路设计研究的空白，能为未来工程的设计起到一定的指导作用；在保证有效性的前提之下，本发明提出的基于递推法的短路电流计算公式，能够提高计算效率，避免耗时的时域仿真计算，减少直流主回路设计花费的时间。

技术领域

本发明属于电力系统输配电技术领域，具体涉及一种含有超导直流限流器的柔性直流系统直流侧主回路参数设计方法。

背景技术

近年来随着电力电子技术的发展，采用模块化多电平换流器(ModularMultilevel Converter，MMC)的柔性直流输电技术发展迅速，电压等级和额定功率已接近传统直流输电技术，然而目前柔性直流输电技术最重要的技术瓶颈是直流故障的快速隔离技术。总的来说，柔性直流输电系统在直流故障处理方面的困难主要表现为：

(1)短路电流上升速度快，一般在故障10ms内短路电流就可以上升到峰值；(2)稳态短路电流大，可以超出额定电流10倍以上；(3)故障过程中短路电流没有极性变化，不存在过零点，断路器灭弧困难；(4)对快速切除故障的要求极高，直流故障切除时间一般需要控制在5ms以内，否则会对设备安全构成严重威胁。

目前已投运的柔性直流系统通常采用跳开交流开关的策略来处理直流故障，但是这种直流故障处理策略存在动作响应慢、对交直流系统冲击较大等缺点；为了解决采用跳开交流开关处理直流故障时存在的问题，世界各国研究机构纷纷大力研发高压直流断路器。然而，高压大容量柔性直流输电系统的短路电流通常可达数万安培，远远超过当前高压直流断路器的开断能力，为了降低对断路器开断电流的要求，需要在柔性直流输电系统的直流线路中额外串联大阻抗。

目前来看，基于高温超导技术的超导限流器是较为理想的解决方案。当电网处于正常运行状态时，超导限流器阻抗接近于零，几乎不影响电网的运行；电网发生短路故障之后，超导限流器能够在较短时间内由低阻抗状态转变为高阻抗状态，从而限制短路电流；故障消除后，超导限流器自动恢复到接近零阻抗状态。当柔性直流系统出现短路故障时，可以将超导直流限流器与直流断路器配合使用，通过超导限流器降低断路器的开断电流、减弱短路故障对直流系统的影响，有望解决目前柔性直流输电工程抗短路冲击能力弱的现实性难题。

图1为采用直流断路器和超导直流限流器处理直流故障的柔直系统，换流站依次通过超导直流限流器和直流断路器再连接到直流线路。图2为目前最具有发展前景的混合式直流断路器结构，正常状态下直流电流只流过正常通流支路；当检测到直流侧短路故障发生后，主断路器将被开通，此后断开负载转移开关，短路电流被转移到主断路器部分；经过大约几个毫秒的延时，当超快速机械开关成功断开之后，主断路器断开，断路器避雷器支路接入了短路电流回路，短路电流将从持续上升转变为持续衰减至零；超导直流限流器的作用主要在于抑制主断路器断开时刻(也就是避雷器支路接入短路电流回路时刻)的短路电流峰值。

柔性直流系统的直流侧主回路参数设计是整个直流系统设计的重要组成部分，对于含有超导直流限流器的柔性直流系统而言，其直流侧主回路参数设计的最主要内容就变成了超导直流限流器和直流断路器的参数配合问题，然而目前并没有文献给出相应的设计原则。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种含有超导直流限流器的柔性直流系统直流侧主回路参数设计方法，该设计方法物理意义明确，适用性强，在工程设计中有较大的使用价值。

一种含有超导直流限流器的柔性直流系统直流侧主回路参数设计方法，包括如下步骤，所述柔性直流系统中换流站依次通过超导直流限流器和混合式直流断路器连接至直流输电线路，所述超导直流限流器由平波电抗器和限流电阻串联构成，所述混合式直流断路器由正常通流支路、主断路器以及避雷器支路并联构成，所述换流站采用MMC；