一種柔性直流線路的故障檢測裝置及其充電方法、檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種柔性直流線路的故障檢測裝置及其充電方法、檢測方法，屬于柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]柔性直流輸電采用電壓源型換流器，可以獨(dú)立、快速控制控制有功功率和無功功率，從而提尚系統(tǒng)的穩(wěn)定性，抑制系統(tǒng)頻率和電壓的波動，提尚并網(wǎng)交流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。模塊化多電平換流器不需要開關(guān)器件直接串聯(lián)，并且通過多電平技術(shù)可以獲得優(yōu)異的諧波性能和損耗性能，在柔性直流輸電領(lǐng)域是一種最有應(yīng)用潛質(zhì)的電壓源換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0003]為了減少直流線路發(fā)生故障的概率，現(xiàn)有的柔性直流輸電工程的傳輸線路一般采用海纜或陸纜進(jìn)行換流站的互聯(lián)，但為了提高直流電壓等級、節(jié)省輸電線路的造價，采用架空線路成為一種改進(jìn)方向。當(dāng)直流輸電線路采用架空線時，雷擊等原因可能導(dǎo)致線路桿塔等的過電壓擊穿，發(fā)生直流線路瞬時性短路故障。
[0004]常規(guī)直流輸電系統(tǒng)中可通過快速移相重啟的方法對直流線路瞬時性故障進(jìn)行檢測，最快Is以內(nèi)恢復(fù)，但由于換流閥特性的差異該方法不適用于柔性直流輸電系統(tǒng)。為了實現(xiàn)柔性直流輸電系統(tǒng)在直流線路瞬時性故障后的快速恢復(fù)，首先需要一種有效的檢測方法在最短的時間內(nèi)判斷出直流線路的故障類型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種柔性直流線路的故障檢測裝置及其充電方法、檢測方法，通過故障檢測裝置能夠定性區(qū)分故障是永久性故障或者是瞬時性故障，避免了換流閥重新運(yùn)行于故障，減少了對一次設(shè)備的損壞。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]本發(fā)明的一種柔性直流線路的故障檢測裝置，故障檢測裝置應(yīng)用于由模塊化多電平換流器組成的柔性直流輸電系統(tǒng)，所述故障檢測裝置包括儲能裝置和與儲能裝置一端相連接的可控裝置，所述儲能裝置的另一端接地，所述可控裝置的另一端通過開關(guān)或隔刀連接待測柔性直流電路;所述儲能裝置包括電容和與電容串聯(lián)的電感，或者包括電容和與電容串聯(lián)的電阻;所述可控裝置采用的是開關(guān)或者可控電力電子器件;所述可控電力電子器件包括多個反并聯(lián)的串聯(lián)晶閘管，或者包括多個反并聯(lián)的串聯(lián)全控型器件，或者包括多個反并聯(lián)二極管的串聯(lián)全控型器件，且流過二極管的電流可為所述儲能裝置中的電容充電；故障檢測時，通過控制所述可控裝置的開關(guān)或可控電力電子器件，由儲能裝置中的電容電感或電容電阻串聯(lián)回路向柔性直流線路放電。
[0008]上述全控型器件采用的是絕緣柵雙極型晶體管、金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管、集成柵極換流晶閘管或者電子注入增強(qiáng)柵晶體管。
[0009]通過所述故障檢測裝置的可控裝置為儲能裝置的電容充電，具體方法如下:
[0010](i)當(dāng)所述可控裝置采用的是開關(guān)時，在所述電容的電壓小于0.8倍設(shè)定值Udcsetl時，則閉合可控裝置中的開關(guān)為電容充電；在所述電容的電壓大于設(shè)定值Udcsetl時，則斷開可控裝置中的開關(guān)；
[0011](ii)當(dāng)所述可控裝置采用的是多個反并聯(lián)的串聯(lián)晶閘管或者多個反并聯(lián)的串聯(lián)全控型器件時，觸發(fā)導(dǎo)通電容充電方向的晶閘管或全控型器件；
[0012](iii)當(dāng)所述可控裝置采用的是多個反并聯(lián)二極管的串聯(lián)全控型器件時，所述可控裝置中的二極管為電容不控充電。
[00?3] 步驟(i)中，所述設(shè)定值Udcsetl大于等于0.6倍直流額定電壓。
[0014]基于上述柔性直流線路的故障檢測裝置的檢測方法，具體包括如下幾個步驟:
[0015](1)檢測到直流線路保護(hù)動作后，進(jìn)入步驟(2);
[0016](2)將直流線路與各端換流閥通過直流開關(guān)或隔刀斷開，進(jìn)入步驟(3);
[0017](3)等待設(shè)定的媳弧時間Tmsetl后，進(jìn)入步驟(4)；
[0018](4)通過控制所述故障檢測裝置的可控裝置，使故障檢測裝置中的電容向直流線路放電；
[0019](5)檢測線路是否故障:當(dāng)檢測到線路保護(hù)動作時立即進(jìn)入步驟(7)，否則進(jìn)入步驟(6);
[°02°] (6)當(dāng)檢測到直流線路電壓大于耐壓定值Udcset2，超過設(shè)定時間定值Tmset2后，則進(jìn)入步驟(8)，否則轉(zhuǎn)向步驟(5);
[0021](7)立刻停止檢測過程并永久停運(yùn)與直流線路相關(guān)聯(lián)的柔性直流輸電系統(tǒng)；
[0022](8)控制所述故障檢測裝置的可控裝置使故障檢測裝置中的電容停止向線路放電，重新恢復(fù)與直流線路相關(guān)聯(lián)的柔性直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行。
[0023]步驟(3)中，設(shè)定的熄弧時間Tmsetl的取值范圍為1毫秒到30分鐘。
[0024]步驟(6)中，所述耐壓定值UdCset2的取值范圍為K倍額定直流電壓，其中0.1<K〈1。
[0025]步驟(6)中，所述設(shè)定時間定值Tmset2的取值范圍為1毫秒至1分鐘。
[0026]本發(fā)明在直流線路運(yùn)行時，故障檢測裝置存儲能量，維持直流電壓在合適值，當(dāng)直流線路發(fā)生故障后，故障檢測裝置與待檢測直流線路聯(lián)接并提供直流電壓，檢測到有較大的直流電流或直流電壓衰減很快，則認(rèn)為故障仍存在，為永久性故障，檢修相關(guān)線路;如未檢測到較大直流電流，則認(rèn)為故障消失，換流閥重新投入運(yùn)行，減少換流閥因誤投于故障導(dǎo)致?lián)Q流閥損壞。另外，本發(fā)明直流線路故障檢測方法加在待測線路的電壓最大值可以達(dá)到額定運(yùn)行電壓，可以充分檢測線路虛短路等現(xiàn)象，同時本檢測裝置與檢測方法不影響直流系統(tǒng)正常運(yùn)行，成本低，易于實現(xiàn)，有效避免了換流閥重新運(yùn)行于故障的情況，減少了昂貴一次設(shè)備的損壞幾率。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的故障檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為由反并聯(lián)晶閘管構(gòu)成的故障檢測裝置；
[0029]圖3為由開關(guān)構(gòu)成的故障檢測裝置；
[0030]圖4為故障檢測裝置安裝于換流站的示意圖；
[0031 ]圖5為本發(fā)明的直流線路檢測裝置的充電方法工作流程圖；
[0032]圖6為本發(fā)明的直流線路檢測裝置的故障檢測方法工作流程圖。
【具體實施方式】
[0033]為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合【具體實施方式】，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0034]參見圖1，本發(fā)明的一種故障檢測裝置包括可控裝置和儲能裝置。
[0035]可控裝置可以由開關(guān)組成，也可以由可控電力電子器件組成。
[0036]儲能裝置由電容和電感組成，電容在本發(fā)明中起儲能作用，電感起減少充電與放電初始沖擊作用，其中儲能裝置中的電感也可以采用電阻代替。
[0037]參見圖2，為一種由多個反并聯(lián)晶閘管、電容、電感構(gòu)成的故障檢測裝置，圖中晶閘管示意圖為包含但不限于晶閘管6、7與反并聯(lián)的6’、7’的多個晶閘管組成。通過向2與4發(fā)觸發(fā)脈沖使6與7在向電容充電過程中導(dǎo)通，如電壓達(dá)到設(shè)定值Udcsetl，則關(guān)斷晶閘管6、7相應(yīng)的觸發(fā)脈沖，維持電壓穩(wěn)定。圖2中所示的晶閘管也可以由IGBT、IGCT等電力電子器件取代。
[0038]與待檢測直流線路相連后，極控制保護(hù)裝置或者故障檢測控制裝置通過向2’、4’觸發(fā)脈沖晶閘管6’、7’導(dǎo)通，電容C向待測線路加載直流電壓。
[0039]參見圖3，為一種由開關(guān)、電容、電感構(gòu)成的故障檢測裝置，與待檢測直流線路相連后，通過控制開關(guān)閉合電容C向待測線路加載直流電壓，圖中的開關(guān)10可以是交流開關(guān)也可以是直流開關(guān)。
[0040]參見圖4，由故障檢測裝置4-1、直流側(cè)開關(guān)或隔刀4-2、換流閥4-3、故障檢測選擇開關(guān)4-4、4-5，直流側(cè)電壓電流測量裝置4-6、4-7，正極母線、負(fù)極母線組成;其中換流閥由A、B、C三個相單元，每個相單元由上橋臂、上橋臂電抗、下橋臂、下橋臂電抗組成，橋臂由N個子模塊級聯(lián)而成。故障檢測裝置1以圖2所示的由反并聯(lián)晶閘管構(gòu)成的故障檢測裝置為例進(jìn)行說明。
[0041 ]運(yùn)行時，故障檢測裝置通過故障檢測開關(guān)4-4與正極直流線路相連，檢測到直流側(cè)電壓電流測量裝置4-6帶電后，以圖2所示故障檢測裝置為例，通過導(dǎo)通圖2中晶閘管6、7來給直流電容充電。
[0042]直流線路故障后，首先斷開開關(guān)或隔刀4-2，使直流線路與換流站隔離，通過極控制保護(hù)初步判斷故障線路，進(jìn)行故障線