CN107732878A - 含电阻型超导限流器的直流电网协调保护方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含电阻型超导限流器的直流电网协调保护方法和装置，所述含电阻型超导限流器在直流电网发生故障时投入故障放电回路，其中方法包括：根据所述故障放电回路达到过阻尼状态的条件得到所述含电阻型超导限流器的第一阻抗范围；根据所述故障放电回路的故障电流开始衰减的条件得到所述含电阻型超导限流器的第二阻抗范围；根据直流断路器中主断路器的动作时间得到所述含电阻型超导限流器的第三阻抗范围；根据所述第一阻抗范围、所述第二阻抗范围及第三阻抗范围得到所述含电阻型超导限流器的阻抗值。通过该方法选取超导限流器阻抗值可以使故障电流得到有效抑制，同时保证直流断路器可靠关断故障电流，减小开关器件的电压电流应力。

Description

含电阻型超导限流器的直流电网协调保护方法和装置
技术领域
本发明涉及直流输电技术领域，具体涉及到一种含电阻型超导限流器 的直流电网协调保护方法和装置。
背景技术
基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的柔性 直流输电，具有高度模块化、有功无功灵活控制、可向无源负荷供电等优 点，广泛应用于风电场并网、孤岛和弱电网供电以及城市供电等领域。同 时，直流电网是一个“低阻尼”***，故障电流发展快、故障影响范围广。 目前直流电网解决直流线路故障问题的主流方法是在直流线路两侧安装高 压直流断路器(DC circuit breaker，DCCB)。通过合理的故障检测和选线机制，跳开故障线路两侧的直流断路器就可以快速清除故障线路。在这一过 程中，健全线路以及全部换流站保持运行，对交流***没有重大影响。因 此，可以预期高压直流断路器将在未来直流电网中发挥越来越重要的作用。
但在目前的技术背景下，若使用高压直流断路器隔离直流侧双极短路 故障，需要增大平波电抗器的电抗值以限制直流故障电流的上升速率，为 直流断路器中的机械开关开断电流提供必要的时间，同时需要直流断路器 在尽可能短的时间内切断直流故障电流，因此高压直流断路器在固有切断 时间和切断故障电流大小之间存在矛盾。
电阻型超导限流器由于其优良的性能(正常运行情况下不呈现阻抗值， 在故障期间阻值快速变化，迅速呈现阻值)逐渐引起了国内外专家学者的 重视。但是目前有关直流电网中电阻型超导限流器与其他关键设备的协调 保护配合方法缺乏依据。
发明内容
有鉴于此，根据第一方面，本发明实施例提供了一种含电阻型超导限 流器的直流电网协调保护方法，含电阻型超导限流器在直流电网发生故障 时投入故障放电回路，该方法包括：根据故障放电回路达到过阻尼状态的 条件得到含电阻型超导限流器的第一阻抗范围；根据故障放电回路的故障 电流开始衰减的条件得到含电阻型超导限流器的第二阻抗范围；根据直流 断路器中主断路器的动作时间得到含电阻型超导限流器的第三阻抗范围； 根据第一阻抗范围、第二阻抗范围及第三阻抗范围得到含电阻型超导限流 器的阻抗值。
可选地，故障放电回路达到过阻尼状态的条件为： [(2RSFCL+Rs)Cs]2-4[(Ls+2Ldc)Cs]＞0，其中，RSFCL为含电阻型超导限流器呈现 的阻值，Rs为换流站内部等效电阻值，Cs为换流站内部等效电容值，Ls为 换流站内部等效电抗值，Ldc为直流线路的平波电抗值。
可选地，在根据故障放电回路的故障电流开始衰减的条件得到超导限 流器的第二阻抗范围之前，还包括：获取故障放电回路的电能参数；根据 电能参数计算故障电流的变化率；当故障电流的变化率小于零时，确认故 障电流开始衰减。
可选地，根据直流断路器的关断时刻得到含电阻型超导限流器的第三 阻抗范围，包括：计算直流断路器中主断路器的动作时的第一故障电流值； 计算第一故障电流值小于预设电流值时的第三阻抗范围。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种含电阻型超导限流器的直流 电网协调保护装置，含电阻型超导限流器在直流电网发生故障时投入故障 放电回路，包括：第一阻抗范围确认单元，用于根据故障放电回路达到过 阻尼状态的条件得到含电阻型超导限流器的第一阻抗范围；第二阻抗范围 确认单元，用于根据故障放电回路的故障电流开始衰减的条件得到含电阻 型超导限流器的第二阻抗范围；第三阻抗范围确认单元，用于根据直流断 路器中主断路器的动作时间得到含电阻型超导限流器的第三阻抗范围；第 一阻抗确认单元，用于根据第一阻抗范围、第二阻抗范围及第三阻抗范围 得到含电阻型超导限流器的阻抗值。
可选地，故障放电回路达到过阻尼状态的条件为： [(2RSFCL+Rs)Cs]2-4[(Ls+2Ldc)Cs]＞0，其中，RSFCL为含电阻型超导限流器呈现 的阻值，Rs为换流站内部等效电阻值，Cs为换流站内部等效电容值，Ls为 换流站内部等效电抗值，Ldc为直流线路的平波电抗值。
可选地，电阻型超导限流器的直流电网协调保护装置还包括：获取单 元，用于获取故障放电回路的电能参数；第一计算单元，用于根据电能参 数计算故障电流的变化率；确认单元，用于当故障电流的变化率小于零时， 确认故障电流开始衰减。
可选地，第三阻抗范围确认单元包括：第一计算子单元，用于计算直 流断路器中主断路器的动作时的第一故障电流值；第二计算子单元，用于 计算第一故障电流值小于预设电流值时的第三阻抗范围。
根据第三方面，本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质， 非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令用于使计算机执 行如上述第一方面任意一项描述的含电阻型超导限流器的直流电网协调保 护方法。
根据第四方面，本发明实施例提供了一种终端，包括：至少一个处理 器；以及与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被 一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理 器执行如上述第一方面任意一项描述的含电阻型超导限流器的直流电网协 调保护方法。
本发明实施例提供了一种含电阻型超导限流器的直流电网协调保护方 法和装置，利用该方法选取超导限流器阻抗值，在直流电网的直流侧发生 双极短路故障后，故障电流快速增大使得超导限流器呈现阻值，此时由于 故障放电回路满足前两个条件，故障电流将会衰减。在直流断路器的主断 路器动作时，由于满足第三个条件，直流断路器可以保证故障电流的可靠 关断。通过该方法选取超导限流器阻抗值可以使故障电流得到有效抑制， 同时保证直流断路器可靠关断故障电流，减小开关器件的电压电流应力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下 面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获 得其他的附图。
图1示出了本发明实施例的直流线路双极短路故障时的放电回路转换 成MMC值放电电路示意图；；
图2示出了本发明实施例的含电阻型超导限流器的直流电网协调保护 方法流程示意图；
图3示出了本发明实施例含电阻型超导限流器的直流电网协调保护装 置示意图；
图4示出了本发明实施例的终端示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得 的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术 语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以 是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以 是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连 通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而 言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供了一种含电阻型超导限流器的直流电网协调保护方 法，含电阻型超导限流器在直流电网发生故障时投入故障放电回路，图1 示出了直流线路双极短路故障时的放电回路转换成模块化多电平换流器 (Modular Multilevel Converter，MMC)等值放电电路示意图，其中，Larm，Rarm为MMC桥臂电感和电阻，Udc为直流电压；Cs、Ls、Rs为换流器等效的电 容，电感和电阻；RSFCL为超导限流器的电阻；Ldc为直流线路上的平波电抗， SM1、SM2……SMn为MMC的子模块，如图2所示，该方法可以包括：
S11.根据故障放电回路达到过阻尼状态的条件得到含电阻型超导限流 器的第一阻抗范围。在具体的实施例中，t＝t1时故障发生，此时的含电阻型 超导限流器RSFCL阻值很小，近似为0。t＝t2时，RSFCL快速增大，则此时放 电回路的基尔霍夫(KVL)方程为：
在本实施例中，故障放电回路达到过阻尼状态的条件为： [(2RSFCL+Rs)Cs]2-4[(Ls+2Ldc)Cs]＞0，
其中，RSFCL为含电阻型超导限流器呈现的阻值，Rs为换流站内部等效 电阻值，Cs为换流站内部等效电容值，Ls为换流站内部等效电抗值，Ldc为 直流线路的平波电抗值。在故障期间，Rs为换流站内部等效电阻值，Cs为 换流站内部等效电容值，Ls为换流站内部等效电抗值可以为：
其中，CSM为子模块电容值，N为MMC每个桥臂的子模块数目，Larm为桥臂电抗，Rarm为桥臂电阻。
在本实施例中可以根据故障放电回路达到过阻尼状态的条件的表达式 计算得到含电阻型超导限流器的第一阻抗范围，即满足该阻抗范围可以使 故障放电回路呈现过阻尼状态。
S12.根据故障放电回路的故障电流开始衰减的条件得到含电阻型超导 限流器的第二阻抗范围。在具体的实施例中，可以获取故障放电回路的电 能参数，所称电能参数可以包括故障放电回路的电流和电压，根据电能参 数计算故障电流的变化率，当故障电流的变化率小于零时，确认故障电流 开始衰减。在本实施例中，故障放电回路的电流Udc和电压if为：
其中，t2时刻开始含电阻型超导限流器呈现阻抗。
其中，
在本实施例中r1和r2为KVL方程的两个特征根，在本实施例中，r1和r2的表达式为：
在得到故障电流的表达式后，对故障电流表达式求导，可以得到故障 电流的变化率，故障电流的变化率如下式所示：
当t＝t2时，其故障电流的变化率为
为使故障电流在t2时刻后开始衰减，根据故障电流的变化率表达式可 知故障放电回路的故障电流开始衰减的条件为：
U0-(2RSFCL+Rs)I0＜0
在本实施例中，可以根据故障放电回路的故障电流开始衰减的条件的 表达式，可以计算得到含电阻型超导限流器的第二阻抗范围。在本实施例 中，故障电流的变化将呈现为一个指数衰减过程。直流故障电流if最大的 时刻为t2时刻。
S13.根据直流断路器中主断路器的动作时间得到含电阻型超导限流器 的第三阻抗范围。在具体的实施例中，直流断路器中主断路器阀段关断， 直流故障电流将逐渐减小为零。为保证在直流断路器关断时流过的电流不 烧毁直流断路器，在本实施例中，使直流断路器的关断时的电流小于直流 断路器的最大关断电流，直流断路器的关断时刻为t＝t3，则直流断路器的关 断时的故障电流为：
直流断路器的关断时的故障电流应满足如下条件：
if(t3)＜Ipeak
其中，：Ipeak为直流断路器最大开断电流。
S14.根据第一阻抗范围、第二阻抗范围及第三阻抗范围得到含电阻型 超导限流器的阻抗值。
利用该方法选取超导限流器阻抗值，在直流电网的直流侧发生双极短 路故障后，故障电流快速增大使得超导限流器呈现阻值，此时由于故障放 电回路满足前两个条件，故障电流将会衰减。在直流断路器的主断路器动 作时，由于满足第三个条件，直流断路器可以保证故障电流的可靠关断。 通过该方法选取超导限流器阻抗值可以使故障电流得到有效抑制，同时保 证直流断路器可靠关断故障电流，减小开关器件的电压电流应力。
本发明实施例还提供了一种含电阻型超导限流器的直流电网协调保护 装置，含电阻型超导限流器在直流电网发生故障时投入故障放电回路，如 图3所示，该装置包括：
第一阻抗范围确认单元10，用于根据故障放电回路达到过阻尼状态的 条件得到含电阻型超导限流器的第一阻抗范围；第二阻抗范围确认单元20， 用于根据故障放电回路的故障电流开始衰减的条件得到含电阻型超导限流 器的第二阻抗范围；第三阻抗范围确认单元30，用于根据直流断路器中主 断路器的动作时间得到含电阻型超导限流器的第三阻抗范围；第一阻抗确 认单元40，用于根据第一阻抗范围、第二阻抗范围及第三阻抗范围得到含 电阻型超导限流器的阻抗值。
在可选的实施例中，故障放电回路达到过阻尼状态的条件为： [(2RSFCL+Rs)Cs]2-4[(Ls+2Ldc)Cs]＞0，其中，RSFCL为含电阻型超导限流器呈现 的阻值，Rs为换流站内部等效电阻值，Cs为换流站内部等效电容值，Ls为 换流站内部等效电抗值，Ldc为直流线路的平波电抗值。
在可选的实施例中，电阻型超导限流器的直流电网协调保护装置还包 括：获取单元，用于获取故障放电回路的电能参数；第一计算单元，用于 根据电能参数计算故障电流的变化率；确认单元，用于当故障电流的变化 率小于零时，确认故障电流开始衰减。
在可选的实施例中，第三阻抗范围确认单元包括：第一计算子单元， 用于计算直流断路器中主断路器的动作时的第一故障电流值；第二计算子 单元，用于计算第一故障电流值小于预设电流值时的第三阻抗范围。
本发明实施例还提供了一种非暂态计算机可读介质，非暂态计算机可 读存储介质存储计算机指令，计算机指令用于使计算机执行如上述实施例 中任意一项描述含电阻型超导限流器的直流电网协调保护方法。其中，存 储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随 机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、 硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
本发明实施例提供了一种终端，如图4所示，该终端包括一个或多个 处理器51以及存储器52，图4中以一个处理器53为例。
用户终端还可以包括：输入装置53和输出装置54。
处理器51、存储器52、输入装置53和输出装置54可以通过总线或者 其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。
处理器51可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处 理器51还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array， FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件 组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。通用处理器可以是微处理器或者 该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器52作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软 件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的蓝牙设 备连接方法对应的程序指令/模块。处理器51通过运行存储在存储器52中 的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及 数据处理，即实现上述方法实施例含电阻型超导限流器的直流电网协调保 护方法。
存储器52可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存 储操作***、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据用 户终端操作的处理装置的使用所创建的数据等。此外，存储器52可以包括 高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储 器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器 52可选包括相对于处理器51远程设置的存储器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置53可接收输入的数字或字符信息，以及产生与用户终端的处 理装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置54可包括显 示屏等显示设备。
一个或者多个模块存储在存储器52中，当被一个或者多个处理器51 执行时，执行如图1或3所示的方法。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程， 是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的程序可存储于一计算 机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的 流程。其中，的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机 存储记忆体(RAM)等
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在 不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和 变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种含电阻型超导限流器的直流电网协调保护方法，所述含电阻型超导限流器在直流电网发生故障时投入故障放电回路，其特征在于，包括：
根据所述故障放电回路达到过阻尼状态的条件得到所述含电阻型超导限流器的第一阻抗范围；
根据所述故障放电回路的故障电流开始衰减的条件得到所述含电阻型超导限流器的第二阻抗范围；
根据直流断路器中主断路器的动作时间得到所述含电阻型超导限流器的第三阻抗范围；
根据所述第一阻抗范围、所述第二阻抗范围及第三阻抗范围得到所述含电阻型超导限流器的阻抗值。
2.如权利要求1所述的含电阻型超导限流器的直流电网协调保护方法，其特征在于，所述故障放电回路达到过阻尼状态的条件为：
[(2RSFCL+Rs)Cs]2-4[(Ls+2Ldc)Cs]＞0，
其中，RSFCL为所述含电阻型超导限流器呈现的阻值，Rs为换流站内部等效电阻值，Cs为换流站内部等效电容值，Ls为换流站内部等效电抗值，Ldc为直流线路的平波电抗值。
3.如权利要求1所述的含电阻型超导限流器的直流电网协调保护方法，其特征在于，在根据所述故障放电回路的故障电流开始衰减的条件得到所述超导限流器的第二阻抗范围之前，还包括：
获取故障放电回路的电能参数；
根据所述电能参数计算所述故障电流的变化率；
当所述故障电流的变化率小于零时，确认所述故障电流开始衰减。
4.如权利要求1-3任意一项所述的含电阻型超导限流器的直流电网协调保护方法，其特征在于，所述根据直流断路器的关断时刻得到所述含电阻型超导限流器的第三阻抗范围，包括：
计算直流断路器中主断路器的动作时的故障电流值；
计算所述第一故障电流值小于预设电流值时的所述第三阻抗范围。
5.一种含电阻型超导限流器的直流电网协调保护装置，所述含电阻型超导限流器在直流电网发生故障时投入故障放电回路，其特征在于，包括：
第一阻抗范围确认单元，用于根据所述故障放电回路达到过阻尼状态的条件得到所述含电阻型超导限流器的第一阻抗范围；
第二阻抗范围确认单元，用于根据所述故障放电回路的故障电流开始衰减的条件得到所述含电阻型超导限流器的第二阻抗范围；
第三阻抗范围确认单元，用于根据直流断路器中主断路器的动作时间得到所述含电阻型超导限流器的第三阻抗范围；
第一阻抗确认单元，用于根据所述第一阻抗范围、所述第二阻抗范围及第三阻抗范围得到所述含电阻型超导限流器的阻抗值。
6.如权利要求5所述的含电阻型超导限流器的直流电网协调保护装置，其特征在于，所述故障放电回路达到过阻尼状态的条件为：
[(2RSFCL+Rs)Cs]2-4[(Ls+2Ldc)Cs]＞0，
其中，RSFCL为所述含电阻型超导限流器呈现的阻值，Rs为换流站内部等效电阻值，Cs为换流站内部等效电容值，Ls为换流站内部等效电抗值，Ldc为直流线路的平波电抗值。
7.如权利要求5所述的含电阻型超导限流器的直流电网协调保护装置，其特征在于，还包括：
获取单元，用于获取故障放电回路的电能参数；
第一计算单元，用于根据所述电能参数计算所述故障电流的变化率；
确认单元，用于当所述故障电流的变化率小于零时，确认所述故障电流开始衰减。
8.如权利要求5-7任意一项所述的含电阻型超导限流器的直流电网协调保护装置，其特征在于，第三阻抗范围确认单元包括：
第一计算子单元，用于计算直流断路器中主断路器的动作时的第一故障电流值；
第二计算子单元，用于计算所述故障电流值小于预设电流值时的所述第三阻抗范围。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，
所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如权利要求1-4任意一项所述的含电阻型超导限流器的直流电网协调保护方法。
10.一种终端，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行如权利要求1-4任意一项所述的含电阻型超导限流器的直流电网协调保护方法。
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