[发明专利]含有电感型超导限流器和直流断路器的多端柔性直流系统

说明书

本发明公开了一种含有电感型超导限流器和直流断路器的多端柔性直流系统，包括m个接入同一直流输电网架中的换流站，m个换流站通过n回直流线路相互连接；换流站采用真双极结构，正负两极MMC通过电感型超导限流器接至换流站正负直流母线；直流线路与直流母线之间装设有直流断路器，电感型超导限流器由超导限流器本体和稳态过电流保护装置串联构成。本发明基于电感型超导限流器，能够降低对多端柔性直流电网中直流断路器开断电流的要求，其中超导绕组不会出现失超状态，恢复时间较短，使得系统具备重启动的可能；本发明能够替代平波电抗器在故障电流抑制方面的作用，避免平波电抗器过大对直流系统性能的不利影响。

技术领域

本发明属于电力系统输配电技术领域，具体涉及一种含有电感型超导限流器和直流断路器的多端柔性直流系统。

背景技术

以柔性直流为代表的新一代输电技术，近年来在远距离大容量输电场合呈现出较大发展潜力。从自身的物理特性的角度，柔性直流输电技术规避了换相失败问题，交流故障期间仍能保持一定的功率输送能力，不会发生功率中断，降低了故障期间受端电网面临的功率/能力能量冲击；从拓扑结构的角度，柔性直流系统易于形成多端结构分散接入交流系统，相比于常规直流单点大功率集中接入，多端功率分散受入有助于充分利用既有送受端电网的输电能力并提高交流电网的安全性；从与临近常规直流的交互作用角度，柔性直流系统在设计容量的约束下具备一定的无功电压支撑能力，交流故障恢复期间能够向交流系统反送无功，加快系统电压恢复速度，有利于提升临近常规直流的换相失败恢复能力。可以认为，多端柔直系统是未来柔性直流输电技术的重要应用趋势。

目前已投运的多端柔性直流系统通常采用电缆作为直流输电线路，考虑到直流电缆该故障率非常低，并且直流电缆故障一般是永久性故障，因此通常情况下通过跳开交流断路器来处理直流故障。对于未来适用于远距离大容量场合下的多端柔性直流系统而言，通常情况下会采用架空线作为直流线路，鉴于架空线发生闪络等直流故障的概率较高，动作响应慢且对交直流系统冲击较大的跳开交流开关的策略并不太适用。

目前学术界和工程界普遍认为采用高压直流断路器是处理多端柔性直流系统直流故障的最佳方案。然而实际情况下，高压大容量柔性直流输电系统的短路电流通常可在故障后几个毫秒之内上升到额定值的数十倍，远远超过当前高压直流断路器的开断能力。目前通常采用在直流线路上装设平波电抗器的方法来降低对断路器开断电流的要求，平波电抗虽然在一定程度上可以抑制故障电流上升率，但是过大的平波电抗器会增大直流系统的响应时间，甚至会导致直流系统失稳。

随着高温超导技术的发展，通过超导限流器与高压直流断路器的配合来处理柔性直流系统直流故障，非常有应用前景。根据故障后限流器阻抗特性的不同，超导限流器可以分为电阻型和电感型两大类。相对而言，电阻型限流器体积较小，结构简单，但是失超后限流器恢复时间较长；电感型限流器体积较大，但是不会出现失超状态，恢复时间较短；从直流故障后直流系统重启动要求角度来看，电感型限流器由于恢复时间较短，更适合应用在采用架空线的多端柔性直流系统中。

到目前为止，已公开的绝大多数文献基本只研究电阻型超导限流器在柔直系统中的应用。为了充分发挥电感型超导限流器的技术优势，研究包含电感型超导限流器和直流断路器的多端柔性直流系统拓扑具有十分重要的意义。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种含有电感型超导限流器和直流断路器的多端柔性直流系统，该技术方案利用了超导限流器在正常工作时的低阻特性和故障后的高阻特性，避免了过大平波电抗器带来的影响，充分发挥了现有技术条件下直流断路器的开断能力；同时，本发明借助于电感型超导限流器的快速恢复性，使得直流故障后的快速重启动变成可能。

一种含有电感型超导限流器和直流断路器的多端柔性直流系统，包括m个与各自交流电网连接的换流站，所述换流站均接入同一直流输电网架中，m个换流站通过n回直流线路相互连接，所述直流线路的首末两端分别连接至两个不同换流站的直流母线，任意两个换流站之间均存在由直流线路构成的通路，m为大于1的自然数，n为自然数且n≥m-1。