本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)高壓直流輸電領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于直流輸電系統(tǒng)換相失敗的抑制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

高壓直流輸電(HVDC)因輸電距離不受同步運行穩(wěn)定性限制、輸送容量大、線路造價低、功率調(diào)節(jié)迅速靈活等優(yōu)點，在大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)、遠(yuǎn)距離大容量輸電及跨海峽輸送電等方面得到廣泛應(yīng)用。換相失敗是直流輸電系統(tǒng)最常見的故障之一，在換流器中，退出導(dǎo)通的閥在反向電壓作用的一段時間內(nèi)未能恢復(fù)阻斷能力，或者在反向電壓期間換相過程未進(jìn)行完畢，則在閥電壓變成正向時，被換相的閥都將向原來預(yù)定退出導(dǎo)通的閥倒換相，這種情況稱為換相失敗。它將導(dǎo)致直流電壓降低、輸送功率減少、電流增大、換流閥壽命縮短、換流變壓器直流偏磁以及逆變側(cè)弱交流系統(tǒng)過電壓等不良后果?，F(xiàn)有技術(shù)為了改善換相失敗，通過增大超前觸發(fā)角β或關(guān)斷角γ整定值來減小發(fā)生換相失敗的幾率。在系統(tǒng)規(guī)劃時，通過降低換流變壓器的短路電抗X_T即漏抗來降低換相電抗Xc，從而使換流器的換相重疊角μ變小，關(guān)斷角γ變大，減少換相失敗的發(fā)生。同時，換相電抗Xc的減小還有利于減小系統(tǒng)的運行損耗與無功補(bǔ)償裝置容量。

但是，由于換流變壓器的短路阻抗X_T是換流運行中換相阻抗Xc的一個重要組成部分，當(dāng)交流側(cè)母線發(fā)生單相接地故障時，換流變壓器交流側(cè)電流迅速增加，由于故障電流主要是由變壓器短路阻抗限制，如果換流變壓器的短路電抗X_T過小，短路故障電流很大，這對換流變壓器和換流器的壽命是很不利的。

因此，需要一種技術(shù)，以解決直流輸電系統(tǒng)換相失敗率高的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種用于直流輸電系統(tǒng)換相失敗的抑制方法及系統(tǒng)，以解決直流輸電系統(tǒng)換相失敗率高的問題。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用于直流輸電系統(tǒng)換相失敗的抑制方法，所述方法包括：

將電阻、電容連接形成串聯(lián)支路，將限流電感、所述串聯(lián)支路以及開關(guān)進(jìn)行并聯(lián)，形成并聯(lián)電路；建立三組所述并聯(lián)電路，分別與換流變壓器的交流側(cè)的三相相連接；

對換流變壓器的交流側(cè)進(jìn)行短路電流檢測；

當(dāng)換流變壓器的交流側(cè)沒有檢測出短路電流時，控制所述開關(guān)閉合，使得所述開關(guān)與所述換流變壓器的交流側(cè)接通，所述限流電感以及所述串聯(lián)支路與所述換流變壓器的交流側(cè)斷開，所述三組并聯(lián)電路進(jìn)行零阻抗電流傳輸；或者

當(dāng)換流變壓器的交流側(cè)檢測出短路電流時，控制所述開關(guān)斷開，使得所述限流電感以及所述串聯(lián)支路與所述換流變壓器的交流側(cè)連通。

優(yōu)選地，所述開關(guān)為固態(tài)開關(guān)。

優(yōu)選地，所述換流變壓器短路電抗小于0.06p.u.。

優(yōu)選地，所述并聯(lián)電路與避雷器并聯(lián)，用于限制所述開關(guān)操作過程中的暫態(tài)過電壓。

基于本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供一種用于直流輸電系統(tǒng)換相失敗的抑制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括故障限流器，檢測器：

所述故障限流器，包括電阻、電容連接形成的串聯(lián)支路，以及包括限流電感、所述串聯(lián)支路以及開關(guān)形成的并聯(lián)電路；所述故障限流器為三組；

檢測器，用于對換流變壓器的交流側(cè)進(jìn)行短路電流檢測；

并且用于當(dāng)換流變壓器交流側(cè)沒有檢測出短路電流時，控制所述開關(guān)閉合，所述開關(guān)閉合后與所述換流變壓器的交流側(cè)接通，使得所述限流電感以及所述串聯(lián)支路與變壓器的交流側(cè)斷開，所述三組并聯(lián)電路進(jìn)行零阻抗電流傳輸；或者

當(dāng)換流變壓器的交流側(cè)檢測出短路電流時，控制所述開關(guān)斷開，使得所述限流電感以及所述串聯(lián)支路與所述換流變壓器交流側(cè)連通。

優(yōu)選地，所述開關(guān)為固態(tài)開關(guān)。

優(yōu)選地，所述換流變壓器短路電抗小于0.06p.u.。

優(yōu)選地，所述故障限流器包括避雷器，用于限制所述開關(guān)操作過程中的暫態(tài)過電壓。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明通過在換流變壓器的交流側(cè)的三相加裝故障限流器，當(dāng)直流輸電系統(tǒng)發(fā)生換相失敗時，通過對換流變壓器的交流側(cè)進(jìn)行短路電流檢測確認(rèn)換相失敗，并且控制開關(guān)瞬時斷開，使得限流電感以及串聯(lián)支路與換流變壓器的交流側(cè)連通，使故障限流器呈現(xiàn)出高阻抗?fàn)顟B(tài)，用于降低換流變壓器的三相中的故障相和正常相的故障電流。本發(fā)明由于降低了故障電流，延長了換流變壓器的使用壽命。

附圖說明

通過參考下面的附圖，可以更為完整地理解本發(fā)明的示例性實施方式：

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方式的換流變壓器的交流側(cè)加裝故障限流器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實施方式的基于換流變壓器的交流側(cè)加裝故障限流器的直流輸電系統(tǒng)逆變側(cè)接線電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明實施方式的一種用于直流輸電系統(tǒng)換相失敗的抑制方法流程圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明實施方式的一種用于直流輸電系統(tǒng)換相失敗的抑制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

現(xiàn)在參考附圖介紹本發(fā)明的示例性實施方式，然而，本發(fā)明可以用許多不同的形式來實施，并且不局限于此處描述的實施例，提供這些實施例是為了詳盡地且完全地公開本發(fā)明，并且向所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。對于表示在附圖中的示例性實施方式中的術(shù)語并不是對本發(fā)明的限定。在附圖中，相同的單元/元件使用相同的附圖標(biāo)記。

除非另有說明，此處使用的術(shù)語(包括科技術(shù)語)對所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員具有通常的理解含義。另外，可以理解的是，以通常使用的詞典限定的術(shù)語，應(yīng)當(dāng)被理解為與其相關(guān)領(lǐng)域的語境具有一致的含義，而不應(yīng)該被理解為理想化的或過于正式的意義。

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方式的換流變壓器的交流側(cè)加裝故障限流器的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的實施方式故障限流器是將電阻、電容連接形成串聯(lián)支路，將限流電感、串聯(lián)支路以及開關(guān)進(jìn)行并聯(lián)，形成并聯(lián)電路。在正常工作狀態(tài)，開關(guān)SW處于閉合狀態(tài)，限流電感與串聯(lián)支路被短路，換流變壓器正常工作。故障限流器呈現(xiàn)零阻抗?fàn)顟B(tài)，輸電系統(tǒng)有功功率及無功功率損耗忽略不計，對輸電系統(tǒng)無影響，即壓降為零。當(dāng)換流器換相失敗時，換流變壓器的交流側(cè)電流增大，換流變壓器的交流側(cè)檢測出短路電流時，健全相的開關(guān)SW快速斷開，限流電感L接入回路，故障限流器呈現(xiàn)出高阻抗?fàn)顟B(tài)，從而達(dá)到限制故障電流的目的。本發(fā)明實施方式中，故障限流器由限流電感L、電阻R、電容C連接形成串聯(lián)支路以及開關(guān)SW與氧化鋅避雷器并聯(lián)而成。電阻R、電容C連接形成串聯(lián)支路起到了阻容吸收、防止諧振的作用。并聯(lián)的氧化鋅避雷器用于限制開關(guān)SW操作過程中的暫態(tài)過電壓。

優(yōu)選地，本發(fā)明實施方式中，開關(guān)SW為固態(tài)開關(guān)，當(dāng)交流側(cè)母線發(fā)生不對稱接地故障時，交流側(cè)健全相故障電流過大，檢測到短路電流時，健全相固態(tài)開關(guān)SW快速斷開，迅速地實現(xiàn)對換流變壓器的保護(hù)。

圖2為根據(jù)本發(fā)明實施方式的基于換流變壓器的交流側(cè)加裝故障限流器的直流輸電系統(tǒng)逆變側(cè)接線電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，換流變壓器的交流側(cè)三相繞組分別加裝故障限流器，由于高壓直流輸電系統(tǒng)換流器為12脈動橋，由兩組6脈動橋并聯(lián)而成，因此連接兩組故障限流器，每組連接3個故障限流器。故障限流器的結(jié)構(gòu)及工作過程詳見圖1中實施例的描述。

圖3為根據(jù)本發(fā)明實施方式的一種用于直流輸電系統(tǒng)換相失敗的抑制方法流程圖。如圖3所示，本發(fā)明實施方式通過在換流變壓器的交流側(cè)的三相加裝故障限流器，當(dāng)直流輸電系統(tǒng)發(fā)生換相失敗時，通過對換流變壓器的交流側(cè)進(jìn)行短路電流檢測確認(rèn)換相失敗，并且通過控制開關(guān)瞬時斷開，使得限流電感以及串聯(lián)支路與換流變壓器的交流側(cè)連通，使故障限流器呈現(xiàn)出高阻抗?fàn)顟B(tài)，用于降低換流變壓器的三相中的故障相和正常相的故障電流。

在輸電系統(tǒng)規(guī)劃時換流變壓器短路電抗X_T越小，換相重疊角μ減小，關(guān)斷角γ增大，減小了換相失敗的可能性。同時，減小換流變壓器換相電抗Xc有利于減小輸電系統(tǒng)運行損耗與無功補(bǔ)償裝置容量。

直流輸電系統(tǒng)換相失敗主要的原因是關(guān)斷角γ過小，當(dāng)從換流閥關(guān)斷到換流閥兩端的電壓由負(fù)到正過零點的時間不足以使得晶閘管完成載流子復(fù)合并恢復(fù)阻斷能力，就會導(dǎo)致?lián)Q相失敗。

本發(fā)明實施方式在提出逆變輸電系統(tǒng)規(guī)劃時，盡量降低換流變壓器的短路電抗X_T，由于換流變壓器的短路電抗X_T是換相電抗Xc的一部分，所以低短路電抗X_T換流變壓器可以縮小換流器的換相重疊角μ，由于關(guān)斷角γ＝β-μ，所以關(guān)斷角γ變大，從而減少了換相失敗發(fā)生的可能性。同時減小短路電抗X_T有利于降低輸電系統(tǒng)運行損耗與無功補(bǔ)償裝置容量。

優(yōu)選地，本發(fā)明實施方式方法300從步驟301開始：

優(yōu)選地，步驟301：將電阻、電容連接形成串聯(lián)支路，將限流電感、串聯(lián)支路以及開關(guān)進(jìn)行并聯(lián)，形成并聯(lián)電路；建立三組并聯(lián)電路，分別與換流變壓器的交流側(cè)的三相相連接。本發(fā)明實施方式中，并聯(lián)電路形成故障限流器，故障限流器的結(jié)構(gòu)和工作過程可以參考圖1的實施例。優(yōu)選地，并聯(lián)電路與避雷器并聯(lián)，用于限制開關(guān)操作過程中的暫態(tài)過電壓。本發(fā)明實施方式中，開關(guān)為固態(tài)開關(guān)。優(yōu)選地，換流變壓器的短路電抗小于0.06p.u.。

優(yōu)選地，步驟302：對換流變壓器的交流側(cè)進(jìn)行短路電流檢測。當(dāng)換流變壓器的交流側(cè)母線發(fā)生不對稱接地故障時，交流側(cè)健全相故障電流過大，系統(tǒng)檢測到短路電流，健全相固態(tài)開關(guān)快速斷開，

優(yōu)選地，步驟303：當(dāng)換流變壓器的交流側(cè)沒有檢測出短路電流時，控制開關(guān)閉合，使得開關(guān)與換流變壓器的交流側(cè)接通，限流電感以及串聯(lián)支路與換流變壓器的交流側(cè)斷開，三組并聯(lián)電路進(jìn)行零阻抗電流傳輸；或者

優(yōu)選地，步驟303：當(dāng)換流變壓器的交流側(cè)檢測出短路電流時，控制開關(guān)斷開，使得限流電感以及串聯(lián)支路與換流變壓器的交流側(cè)連通，用于降低換流變壓器的三相中的故障相和正常相的故障電流。

本發(fā)明的實施方式中，基于±800kV高壓直流輸電系統(tǒng)，在逆變側(cè)交流母線上設(shè)置A相單相接地故障，故障發(fā)生時間0.6s，故障持續(xù)時間500ms，故障接地電阻15Ω。計算不加裝故障限流器且換流變壓器短路電抗分別為0.16p.u、0.053p.u時，以及加裝故障限流器且換流變壓器短路電抗為0.053p.u時三種情況下?lián)Q流變壓器交流側(cè)三相繞組電流。

本發(fā)明的實施方式的仿真試驗結(jié)果可以得到：當(dāng)換流變壓器短路電抗從0.16p.u下降為0.053p.u時，故障相A相短路電流上升17％，健全相B相短路電流上升23.2％；當(dāng)換流變壓器短路電抗為0.053p.u時，加裝故障限流器使得故障相A相短路電流下降23.7％，健全相B相短路電流下降了80.6％。由試驗結(jié)果可知，本發(fā)明實施方式具有優(yōu)異的效果。

圖4為根據(jù)本發(fā)明實施方式的一種用于直流輸電系統(tǒng)換相失敗的抑制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖4所示，系統(tǒng)400包括故障限流器401，檢測器402。

優(yōu)選地，故障限流器401，故障限流器，包括電阻、電容連接形成的串聯(lián)支路，以及包括限流電感、串聯(lián)支路以及開關(guān)形成的并聯(lián)電路。故障限流器為三組。

優(yōu)選地，開關(guān)為固態(tài)開關(guān)。

優(yōu)選地，換流變壓器短路電抗小于0.06p.u.。

優(yōu)選地，故障限流器包括避雷器，用于限制開關(guān)操作過程中的暫態(tài)過電壓。

檢測器402，用于對換流變壓器的交流側(cè)進(jìn)行短路電流檢測；

并且用于當(dāng)換流變壓器的交流側(cè)沒有檢測出短路電流時，控制開關(guān)閉合，開關(guān)閉合后與換流變壓器的交流側(cè)接通，限流電感以及串聯(lián)支路與變壓器的交流側(cè)斷開，三組并聯(lián)電路進(jìn)行零阻抗電流傳輸；或者

當(dāng)換流變壓器的交流側(cè)檢測出短路電流時，控制開關(guān)斷開，使得限流電感以及串聯(lián)支路與換流變壓器交流側(cè)連通，用于降低換流變壓器的三相中的故障相和正常相的故障電流。

本發(fā)明實施方式的一種用于直流輸電系統(tǒng)換相失敗的抑制系統(tǒng)400與本發(fā)明另一實施方式的一種用于直流輸電系統(tǒng)換相失敗的抑制方法300相對應(yīng)，在此不再進(jìn)行贅述。

已經(jīng)通過參考少量實施方式描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，正如附帶的專利權(quán)利要求所限定的，除了本發(fā)明以上公開的其他的實施例等同地落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

通常地，在權(quán)利要求中使用的所有術(shù)語都根據(jù)他們在技術(shù)領(lǐng)域的通常含義被解釋，除非在其中被另外明確地定義。所有的參考“一個/所述/該[裝置、組件等]”都被開放地解釋為所述裝置、組件等中的至少一個實例，除非另外明確地說明。這里公開的任何方法的步驟都沒必要以公開的準(zhǔn)確的順序運行，除非明確地說明。