[发明专利]混合式直流断路器的辅助电路、多端柔性直流电网故障性质识别方法及系统

说明书

本发明公开了一种混合式直流断路器的辅助电路、多端柔性直流电网故障性质识别方法及系统，所述辅助电路添加在混合式直流断路器转移支路靠近架空线路侧的Nc个IGBT子模块上；所述辅助电路包括：晶闸管、电阻R_g以及快速机械开关，所述晶闸管分别串联在架空线路与第一个IGBT子模块缓冲电路的缓冲电容负极之间以及相邻两个IGBT子模块缓冲电路的缓冲电容之间，第Nc个IGBT子模块缓冲电路的缓冲电容正极依次串联电阻和快速机械开关后接地；其中，Nc为设定值。利用混合式直流断路器辅助电路实现特征信号的注入从而识别瞬时性以及永久性故障，并且可以实现永久性故障的故障测距。

技术领域

本发明涉及柔性直流电网线路故障恢复技术领域，尤其涉及混合式直流断路器的辅助电 路、多端柔性直流电网故障性质识别方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着直流断路器的发展以及现代电网对于运行灵活性的要求，基于架空线路的多端柔性 直流电网在大型清洁能源发电并网、大容量输电方面优势突出，是交流电网的重要补充，目 前在建的张北工程便是通过架空线路输电的四端柔性直流电网。

发明人发现，相比于直流电缆，架空线由于暴露在空气中因此故障概率较高。据统计， 电力系统中的大部分故障均发生在架空线。目前柔性直流系统的故障隔离方法主要为基于交 流断路器，故障自清除换流器以及直流断路器的方法。基于直流断路器的故障隔离方案被认 为是处理多端直流电网直流线路故障的最佳方案，而混合式直流断路器是目前工程应用较为 成熟的拓扑，张北工程所采用的直流断路器便是500kV混合式直流断路器。

由于架空线故障大多为瞬时性故障，因此在交流系统中交流架空线一般要配置重合闸技 术，利用故障后经短暂延时再重合交流断路器的方法可以实现瞬时性故障的清除，缩短了供 电恢复时间，极大的提高了供电可靠性。据统计，交流系统中架空线重合闸重合成功的概率 为60％～90％，并且随着电压等级的提高，重合成功率也大幅增加。因此，重合闸技术可以 极大地提高交流系统对于线路故障的应对能力，并且该技术可同样的应用于通过架空线输电 的柔性直流电网。但是，重合闸技术也存在一定的缺点。由于断路器重合时可能重合于永久 性故障，此时会导致电力系统在较短的时间内连续遭受两次故障冲击，会降低电气设备绝缘、 减少其使用寿命。对于柔性直流电网来说，由于柔性直流电网的低阻抗特性以及电力电子器 件的脆弱性，连续遭受故障冲击带来的危害要远大于交流系统。因此，为避免重合于永久性 故障，为直流断路器是否进行重合提供依据，研究适用于柔性直流电网的故障性质识别方法 具有重要意义。

目前交流系统主要利用故障切除相与健全相之间由于耦合作用而产生的恢复电压进行瞬 时性与永久性故障的识别。由于柔性直流电网故障切除后极线之间并无耦合关系，因此该方 法对于柔性直流系统不适用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种混合式直流断路器的辅助电路、多端柔性直流电 网故障性质识别方法及系统，通过混合式直流断路器辅助电路向直流线路注入特征信号从而 实现直流线路故障性质判别。通过在混合式直流断路器中增加辅助电路，利用混合式直流断 路器切断故障电流后IGBT子模块缓冲电容中储存的能量实现故障性质判别，硬件附加成本 小，控制简单，并且具有永久性故障测距功能。对提高直流架空线路的供电可靠性和避免重 合于永久性故障导致的二次冲击具有重要意义。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

在一个或多个实施方式中公开的一种混合式直流断路器的辅助电路，所述辅助电路添加 在混合式直流断路器转移支路靠近架空线路侧的Nc个IGBT子模块上；所述辅助电路包括： 晶闸管、电阻R_g以及快速机械开关，所述晶闸管分别串联在架空线路与第一个IGBT子模块 缓冲电路的缓冲电容负极之间以及相邻两个IGBT子模块缓冲电路的缓冲电容之间，第Nc个 IGBT子模块缓冲电路的缓冲电容正极依次串联电阻和快速机械开关后接地；其中，Nc为设 定值。