[发明专利]基于行波主频率的直流系统自适应重合闸方法

说明书

本发明提供了一种基于行波主频率的直流系统自适应重合闸方法。该方法包括：在直流系统输电线路发生故障后，对线路的正、负极电压及正极电流进行采样，利用MUSIC算法计算出线路的线模电压行波的主频率，判断电压行波的主频率是否等于线路的固有特征频率的主频率，如果是，确定线路瞬时性故障，混合断路器重合闸；否则，利用STFT算法分别提取电压行波主频率和固有特征主频率对应的电压幅值，计算出特征信号幅值比值。根据特征信号幅值比值变化标定故障消失时刻，基于故障消失时刻确定混合断路器重合闸的具体时刻。本发明通过主动判断故障性质，避免了直流断路器盲目重合于故障，实现了直流断路器自适应重合闸。

技术领域

本发明涉及电力系统保护和控制技术领域，尤其涉及一种基于行波主频率的直流系统自适应重合闸方法。

背景技术

高压直流输电作为跨区域能源输送的主干线，具有送电走廊长、覆盖面积广、传输容量大等特点。考虑经济性因素，直流输电多以架空线作为其电能传输的通道。架空输电线路暴露于空气中，工作条件恶劣，是直流系统中发生故障概率最高的元件，且以瞬时性故障为主。研究直流线路故障后的恢复方案，对保障设备安全、提高供电可靠性和维持整个系统的稳定性尤为重要。

当线路发生故障时，基于电压源换流器的高压直流(voltage sourced converterbased high voltage direct current,VSC-HVDC)输电系统，其换流器出口并联大电容会向故障点放电；即使闭锁换流器，交流系统和故障点仍可通过续流二极管构成回路，无法像基于电网换相换流器的高压直流(line commutated converter based high voltagedirect current,LCC-HVDC)系统一样通过控制系统清除故障。因此，柔性直流系统多在线路两端加装直流断路器，实现故障线路的隔离，提高系统运行的可靠性。

基于架空线路的柔性直流输电系统故障重启策略为：换流器闭锁-断路器跳闸-(故障性质识别I)-去游离-(故障性质识别II)-重启。其中，系统恢复能否成功的关键在于对故障性质的识别，若为瞬时性故障，则控制断路器合闸，建立系统电压；若为永久性故障，则闭锁换流器，进行线路检修。20世纪80年代“自适应重合闸”的概念被提出，其主要目的是避免永久性故障下的重合。相关学者进一步深入研究，并明确自适应重合闸还应该能够在瞬时性故障下捕捉熄弧时间，确保在恢复电压阶段重合闸成功。当前，自适应重合闸已经在交流电网普遍应用，但该技术在直流系统领域的研究才刚刚起步。

目前，现有技术中的柔性直流系统的故障恢复研究方法可归纳为四类：基于交流断路器、基于换流器、基于直流断路器以及基于特征电气量的故障性质识别方案。

基于交流断路器的的故障恢复方案主要利用交流断路器与直流开关的配合实现故障隔离与恢复，该策略不依赖于通信便可完成故障区域的隔离，但故障清除阶段会导致整个直流系统退出运行，并且重合闸速度较慢。

基于换流器的重合闸策略也可称为重启策略。该类策略主要利用具有故障清除能力的换流器拓扑，在隔离故障后，将换流器运行于特定模式，并通过直流电压、直流电流以及桥臂电流等相关电气量来判断故障性质。但是，该类故障恢复方案受限于换流器本身结构，且用于多端直流电网时，换流阀的闭锁将导致整个直流系统的退出，扩大了停电范围。

相比前两类方法，基于直流断路器的故障清除及系统恢复策略可选择性的切除故障线路，最大限度的缩减故障后的停电范围，避免直流系统整体停运，实现单一直流线路重合，但该类方案均需在去游离时间结束后，通过多次重合断路器，检验电压是否建立来判断故障消失与否，缺少对故障性质的预先识别，重合策略具有一定的盲目性。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于行波主频率的直流系统自适应重合闸方法，以克服现有技术的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于行波主频率的直流系统自适应重合闸方法，包括：