CN114069579A - 一种基于注入信号的柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于注入信号的柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法。涉及电力***继电保护技术领域。包括故障检测步骤，断电定位步骤，阻断步骤，备用供电步骤，检修排障步骤。线路由故障工作模式转为正常工作模式，线路故障隔离和故障恢复与联络开关的开闭状态密切相关。通过阻断型换流器与直流负荷开关及联络开关的配合可实现直流配电线路的快速故障隔离与恢复。
Description
技术领域
本发明涉及电力***继电保护技术领域，尤其涉及一种基于注入信号的柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法。
背景技术
目前，直流技术以其输送容量大、线路成本低、无需同步运行等优势，在电力***中得到广泛应用。随着直流工程的陆续投运，我国目前已建成全世界规模最大的交直流混联电网。直流配电网是交直流混联电网的重要组成部分，对消纳分布式能源和提升电能质量具有重要意义，也是未来配电网发展的主流形式之一。直流配电线路发生短路故障后，故障发展速度极快，电力电子器件耐受能力有限，需要快速有选择性地将故障线路从直流配电网中切除，以实现直流配电线路的故障隔离与恢复。
然而，目前国内外对柔性直流配电网的研究和建设仍处在探索阶段。与柔性直流输电网不同，现阶段柔性直流配电网受投资成本等因素制约一般不装设直流断路器，其故障限流依赖于阻断型换流器。直流线路开关器件的不同导致其故障隔离与恢复的方法也不尽相同，柔性直流输电线路的故障恢复方案无法直接应用于直流配电线路，仍需进一步研究适用于柔性直流配电线路的故障恢复方法。
故障恢复技术对直流配电网供电可靠性的影响举足轻重，对直流配电网设备的安全工作和***的稳定运行具有重要意义。因此，如何结合直流配电网自身特性，研究出适用于柔性直流配电线路的故障恢复方法成为亟待解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于注入信号的柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法。
本发明采用如下技术方案实现：一种基于注入信号的柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法，包括如下步骤：
故障检测步骤，当直流配电线路发生故障后，继电保护进行故障检测，正确检测出线路区内发生故障；
断电定位步骤，故障检测完成后，换流器闭锁，整条线路掉电，利用定位装置进行故障定位，根据定位结果识别出故障区段并得到故障位置；
阻断步骤，测量点检测到直流线路故障后，保护给负荷开关发阻断指令，负荷开关接受指令，故障区段两侧的直流负荷开关断开；
备用供电步骤，直流线路故障隔离后，合上联络开关，将故障点后的负荷投入备用电源，由相邻换流器线路供电；同时利用储能设备快速重启换流器，恢复对故障点的负荷供电；
检修排障步骤，根据故障定位结果，派遣电力维修人员去现场定点排除故障；故障清除后，进行手动倒闸操作，使直流配电线路恢复正常运行模式。
所述故障检测步骤中所使用的故障检测方法为电流保护法、纵联保护法或边界保护法。
所述断电定位步骤中故障定位采用阻抗法、单端行波法或双端行波法。
所述故障检测步骤中包括限流隔离步骤，限流使用阻断型换流器，故障阻断型换流器可通过子模块阻断交流***向故障点馈入故障电流从而能减小短路电流，之后再进行故障选段。
所述限流隔离步骤为直流配电线路发生故障后，保护检测到故障并隔离故障，同时线路由正常工作模式转为故障工作模式。
所述直流配电线路为三分段三联络、三分段四联络或四分段三联络中一种或几种的互联。
通过阻断型换流器与直流负荷开关及联络开关的配合控制直流配电线路快速阻断和恢复。
相比现有技术，本发明在提高供电可靠性的同时尽可能保持各条直流线路独立运行。因此无直流断路器的直流配电网拓扑应采用多分段多联络结构。直流配电网正常运行时，各条线路独立运行、互不干扰。直流配电线路发生故障后，保护检测到故障并隔离故障，同时线路由正常工作模式转为故障工作模式，故障清除后，线路由故障工作模式转为正常工作模式，线路故障隔离和故障恢复与联络开关的开闭状态密切相关。通过阻断型换流器与直流负荷开关及联络开关的配合可实现直流配电线路的快速故障隔离与恢复。
附图说明
图1示出了根据本发明方案所提出的直流配电线路故障隔离与恢复的算法流程图；
图2示出了本发明方案应用于多分段多联络型直流配电网的示意图；
图3示出了直流配电线路故障隔离的示意图；
图4示出了直流配电线路故障恢复的示意图。
具体实施方式
下面，结合附图1-4以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1所示，提出了一种基于注入信号的柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法，在直流配电线路发生短路故障后；继电保护进行故障检测，正确检测出线路区内发生故障；故障检测完成后，保护给换流器发阻断指令，换流器接受指令，阻断交流***向故障点馈入故障电流，抑制故障发展，换流器闭锁后，在线路出口处注入信号，根据测量点检测到的响应进行故障选段，待故障区段确定后，将故障区段两侧的直流负荷开关断开；直流线路故障隔离后，合上联络开关，将故障点后的负荷投入备用电源，由相邻换流器线路供电；同时利用储能设备快速重启换流器，恢复对故障点的负荷供电；根据故障定位结果，派遣电力维修人员去现场定点排除故障；故障清除后，进行手动倒闸操作，使直流配电线路恢复正常运行模式。
如图2所示，本发明方案应用于多分段多联络型直流配电网上，每条直流配电线路都是单回直流辐射状配电线路，采用分段结构，带分支负荷。线路首端为测量点，即在换流器出口处布置测量点，测量点实时高频采样电压电流。在没有直流断路器的直流配电网中，闭环结构运行下发生故障，只有使***开环才能重新恢复供电；另一方面，只有全网所有的换流器都闭锁后，才能限制故障电流。而多分段多联络型配电网只需要闭锁一个换流器而不是所有的换流器，负荷开关能在更早的时刻切除故障，相应的换流器解锁时间也更短，故障恢复速度更快。结合投资成本、保护难度等因素，无直流断路器的直流配电网拓扑宜采用多分段多联络结构。多分段多联络型直流配电网的工作模式主要分为正常工作模式和故障工作模式。正常工作模式下，联络开关处于断开位置，多分段多联络型直流配电网可分为三条独立运行的单电源辐射型直流线路。
如图3所示，直流配电线路故障以区段BC发生短路故障为例。区段BC发生短路故障后，测量点A检测到故障发生。判定故障发生后，保护给换流器发关断指令，换流器动作从而阻断交流***向故障点馈入故障电流，抑制故障发展，ABCD对应区段全部失电，待故障区段确定为BC后，将区段BC两侧直流负荷开关断开。因此，直流线路故障隔离的时序具体如下：直流线路故障——保护测量点检测到直流线路故障——保护给换流器发关断指令——换流器接受指令，关断——换流器发出注入信号——保护根据测量点的信息判断出故障区段，给对应的负荷开关发开断指令——负荷开关接受指令，开断。通过阻断型换流器与直流负荷开关及联络开关的配合可实现直流配电线路的快速故障隔离与恢复。
如图4所示，将线路BC切除完成后，将***1和***2的联络开关合上，由***2向原属于***1的直流负载供电，也就是***2开始对线路CD供电，线路CD的潮流方向发生改变。未发生故障的***3仍正常独立运行。利用对侧电源向本侧线路的负荷供电，可缩小直流配电线路的停电范围，有利于提高供电可靠性。同时利用储能设备快速重启换流器，恢复对故障点的负荷供电。之后根据故障定位结果，安排电力维修人员去现场定点排除永久性故障，故障清除后，进行倒闸操作，使直流配电线路回到正常运行模式。
故障清除前，***1和***2之间的联络开关是闭合的，这段期间***2可能再次发生直流线路故障。如果再次发生故障，无论故障是否发生在潮流方向改变的线路上（线路CD），联络开关都会被开断，使得***2变为最初的单电源辐射状结构，再按照直流线路故障隔离与恢复策略进行倒闸操作。
因此直流线路故障恢复的时序如下：直流故障一旦发生，高供电可靠性要求的负荷断开电网供电无缝切换到储能设备供电，其他负荷短时失电。直流故障隔离后，联络开关闭合，故障点后的负荷由相邻换流器线路供电；同时阻断后的换流器利用储能设备快速重启，恢复故障点前的负荷供电。执行了故障阻断的换流器重新运行后，待故障区段恢复正常，与相邻换流器线路合环运行，进行负荷切换，恢复正常运行方式。
当直流配电线路发生故障后，继电保护进行故障检测，正确检测出线路区内发生故障；故障检测完成后，换流器闭锁，整条线路掉电，利用定位装置进行故障定位，根据定位结果识别出故障区段并得到故障位置，故障定位大大减小了永久性故障排除的难度和工作量；测量点检测到直流线路故障后，保护给负荷开关发阻断指令，负荷开关接受指令，故障区段两侧的直流负荷开关断开；直流线路故障隔离后，合上联络开关，将故障点后的负荷投入备用电源，由相邻换流器线路供电；同时利用储能设备快速重启换流器，恢复对故障点的负荷供电；根据故障定位结果，派遣电力维修人员去现场定点排除故障；故障清除后，进行手动倒闸操作，使直流配电线路恢复正常运行模式。
多分段多联络型直流配电网结合了辐射型结构和环形结构的优点，在提高供电可靠性的同时尽可能保持各条直流线路独立运行。因此无直流断路器的直流配电网拓扑应采用多分段多联络结构。直流配电网正常运行时，各条线路独立运行、互不干扰。直流配电线路发生故障后，保护检测到故障并隔离故障，同时线路由正常工作模式转为故障工作模式，这个过程称为故障隔离。故障清除后，线路由故障工作模式转为正常工作模式，这个过程称为故障恢复。线路故障隔离和故障恢复与联络开关的开闭状态密切相关。
通过阻断型换流器与直流负荷开关及联络开关的配合可实现直流配电线路的快速故障隔离与恢复。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种基于注入信号的柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法，其特征在于：包括如下步骤：
故障检测步骤，当直流配电线路发生故障后，继电保护进行故障检测，正确检测出线路区内发生故障；
断电定位步骤，故障检测完成后，换流器闭锁，整条线路掉电，利用定位装置进行故障定位，根据定位结果识别出故障区段并得到故障位置；
阻断步骤，测量点检测到直流线路故障后，保护给负荷开关发阻断指令，负荷开关接受指令，故障区段两侧的直流负荷开关断开；
备用供电步骤，直流线路故障隔离后，合上联络开关，将故障点后的负荷投入备用电源，由相邻换流器线路供电；同时利用储能设备快速重启换流器，恢复对故障点的负荷供电；
检修排障步骤，根据故障定位结果，派遣电力维修人员去现场定点排除故障；故障清除后，进行手动倒闸操作，使直流配电线路恢复正常运行模式。
2.根据权利要求1所述的一种基于注入信号的柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法，其特征在于：所述故障检测步骤中所使用的故障检测方法为电流保护法、纵联保护法或边界保护法。
3.根据权利要求1所述的一种基于注入信号的柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法，其特征在于：所述断电定位步骤中故障定位采用阻抗法、单端行波法或双端行波法。
4.根据权利要求1所述的一种基于注入信号的柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法，其特征在于：所述故障检测步骤中包括限流隔离步骤，限流使用阻断型换流器，故障阻断型换流器可通过子模块阻断交流***向故障点馈入故障电流从而能减小短路电流，之后再进行故障选段。
5.根据权利要求4所述的一种基于注入信号的柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法，其特征在于：所述限流隔离步骤为直流配电线路发生故障后，保护检测到故障并隔离故障，同时线路由正常工作模式转为故障工作模式。
6.根据权利要求5所述的一种基于注入信号的柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法，其特征在于：所述直流配电线路为三分段三联络、三分段四联络或四分段三联络中一种或几种的互联。
7.根据权利要求1所述的一种基于注入信号的柔性直流配电线路故障后供电恢复的方法，其特征在于：通过阻断型换流器与直流负荷开关及联络开关的配合控制直流配电线路快速阻断和恢复。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116073523A (zh) * | 2023-03-14 | 2023-05-05 | 广东电网有限责任公司梅州供电局 | 一种供电***及其低压配电线路监控方法、监控装置 |
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2021
- 2021-11-29 CN CN202111428555.2A patent/CN114069579A/zh active Pending
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