一種高壓直流斷路器的分閘控制方法與流程

2023-11-11 17:47:11

本發明涉及一種高壓直流斷路器的分閘控制方法，屬於直流輸電技術領域。

背景技術：

目前，直流斷路器的技術方案主要有三種類型，分別是基於常規開關的傳統機械式直流斷路器、基於純電力電子器件的固態直流斷路器和基於二者結合的混合式直流斷路器。其中，傳統機械式直流斷路器的分斷時間較長，固態直流斷路器的損耗較大。隨著高壓大容量半導體器件的發展，結合常規機械開關和電力電子器件特點的混合式直流斷路器技術得到快速發展。

現有的直流斷路器結構均為：並聯連接的通流支路、斷流支路和耗能支路。通流支路由一組(如2-3個)輔助換流模塊和一組(如2-3個)機械開關串聯而成；斷流支路由串聯的大量斷流模塊串聯而成；耗能支路為避雷器，用於吸收過電流。所謂輔助換流模塊、斷流模塊均為開關管或者特定開關管拓撲(如H橋、半橋等)。另外，有些直流斷路器，還包括並聯的緩衝支路，用於在閉鎖斷流支路時起到緩衝作用。

但是，目前的混合式直流斷路器存在以下缺陷：一方面，在直流斷路器分閘過程中，如果機械開關分閘不到位，在閉鎖斷流支路過程中有可能引起直流斷路器的過壓擊穿；另一方面，在配置多臺直流斷路器的多端直流輸電電網中，發生單點直流故障後，控制保護系統在幾個毫秒後才能完成故障定位，直流故障電流在故障定位過程中有可能已經超過多個直流斷路器的主動保護閾值。如果直流斷路器在控制保護系統的故障定位前進行主動保護分閘操作，則會增加直流斷路器誤動作的機率，進而擴大直流系統故障點的範圍；而直流斷路器在控制保護系統的故障定位後進行被動保護分閘操作，又會延長直流系統故障點的切除時間，增加換流閥的過電流風險。

因此，如何降低直流斷路器的過壓擊穿風險，在保證直流斷路器分閘精度的同時，提高直流斷路器的分閘速度成為混合式直流斷路器研究中的重要內容。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種高壓直流斷路器的分閘控制方法，用於解決在直流斷路器分閘過程中，分閘速度和分閘精度不能兼顧這一技術問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種高壓直流斷路器的分閘控制方法，方案一：包括

(1)檢測到故障電流時，導通斷流支路，斷開通流支路；

(2)判斷是否收到控制保護系統的分閘命令；

(3)若直流斷路器接收到分閘命令，則斷開斷流支路，以完成直流斷路器分閘；若直流斷路器未接收到分閘命令，則重新導通通流支路，斷開斷流支路，以禁止直流斷路器分閘。

方案二：在方案一的基礎上，在步驟(2)之前，還包括判斷是否收到機械開關分閘位置信號的步驟，若未收到，則重新導通通流支路，斷開斷流支路。

方案三：在方案二的基礎上，所述步驟(1)中，通過斷開兩路並聯的機械開關中的第一組機械開關斷開通流支路；所述步驟(3)中，通過閉合兩路並聯的機械開關中的第二組機械開關重新導通通流支路。

方案四：在方案三的基礎上，在步驟(2)之前，還包括判斷是否收到所述第一組機械開關分閘位置信號的步驟，若未收到，則通過閉合所述第二組機械開關重新導通通流支路。

本發明的有益效果是：在直流斷路器未收到控制保護系統的分閘命令前，首先進行「預關斷」過程，即導通斷流支路，將故障電流轉移到斷流支路中；同時判斷是否接收到控制保護系統的分閘命令，若收到則繼續完成分閘操作，若沒有收到則重新閉合直流斷路器。該方法通過將直流斷路器的分閘操作分兩步進行，根據是否接收到控制保護系統的分閘命令，在需要分斷時完成分閘過程，在不需要分斷時進行重合閘操作，而不是像現有技術那樣整個動作過程在故障定位之前或之後進行，從而能夠在保證分閘精度的同時，明顯提高直流斷路器的分閘速度。

進一步的，通過判斷機械開關的分閘到位信號決定是否繼續進行分閘操作，以保證在斷開斷流支路過程中不會引起直流斷路器的過壓擊穿。

進一步的，將機械開關設計為兩組並聯的機械開關，從而保證安全；同時，在同等機械開關性能的基礎上，還可以將第二組機械開關設計為合閘速度快的開關，進一步保證安全。

附圖說明

圖1是實施例1的高壓直流斷路器的結構圖；

圖2是實施例2的高壓直流斷路器的結構圖；

圖3是實施例3的高壓直流斷路器的結構圖；

圖4是實施例4的高壓直流斷路器的結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明。

高壓直流斷路器的分閘控制方法實施例1：

如圖1所示，該高壓直流斷路器包括並聯連接的通流支路、斷流支路和耗能支路。其中，通流支路由一組機械開關K和一組輔助換流模塊SMC串聯組成，斷流支路由一組斷流模塊SMB串聯組成，耗能支路由避雷器Z組成以消耗故障電流。該輔助換流模塊SMC和斷流模塊SMB的具體結構可以採用現有技術中常見的H橋結構、半橋結構或者是其他可用於通流或斷流的模塊。

正常運行情況下，高壓支路斷路器通流支路中的所有機械開關閉合，所有輔助換流模塊解鎖，直流電流流經通流支路中的所有機械開關和輔助換流模塊。當直流斷路器主動保護檢測到故障電流，需要切斷與其串聯的直流故障時，直流斷路器的分閘控制過程如下：

(1)控制解鎖直流斷路器斷流支路中的全部斷流模塊SMB，閉鎖直流斷路器通流支路中的全部輔助換流模塊SMC，將故障電流從通流支路轉移到斷流支路。

(2)當直流故障電流轉移到斷流支路後，斷開直流斷路器通流支路中的全部機械開關K。

(3)判斷是否收到控制保護系統的分閘命令。

(4)若直流斷路器接收到分閘命令，則閉鎖直流斷路器斷流支路中的全部斷流模塊SMB，將故障電流轉入到與斷流支路並聯的耗能支路，完成直流斷路器的分閘；若直流斷路器未接收到分閘命令，控制閉合直流斷路器通流支路中的全部機械開關K，解鎖直流斷路器通流支路中的全部輔助換流模塊SMC，最後閉鎖直流斷路器斷流支路中的全部斷流模塊SMB。

其中，直流斷路器等待保護系統的分閘命令的時間由機械開關K的物理特性決定，在該時間內，若確定該直流斷路器需要分閘，則繼續進行分閘過程，若確定該直流斷路器不需要分閘，則進行重合閘操作。

另外，在步驟(3)之前，即機械開關斷開之後，直流斷路器需要判斷是否接收到機械開關的分閘位置信號，若未接收到機械開關的分閘位置信號，則重新閉合直流斷路器通流支路中的全部機械開關K，解鎖直流斷路器通流支路中的全部輔助換流模塊SMC，使通流支路重新導通，最後閉鎖直流斷路器斷流支路中的全部斷流模塊SMB，斷開斷流支路。

以上實施例中，通流支路中包括多個輔助換流模塊和多個機械開關，作為其他的實施方式，上述通流支路中可以只包含一個輔助換流模塊SMC和一個機械開關K，斷流支路中也可以只含有一個斷流模塊SMB。

高壓直流斷路器的分閘控制方法實施例2：

如圖2所示，該高壓直流斷路器包括並聯連接的通流支路、斷流支路和耗能支路。其中，通流支路由第一組機械開關K1和第一組機械開關K2並聯連接後與一組輔助換流模塊SMC串聯組成，斷流支路由一組斷流模塊SMB串聯組成，耗能支路由避雷器Z組成以消耗故障電流。該輔助換流模塊SMC和斷流模塊SMB的具體結構可以採用現有技術中常見的H橋結構、半橋結構或者是其他可用於通流或斷流的模塊。

正常運行情況下，高壓支路斷路器通流支路中的第一組機械開關K1閉合，所有輔助換流模塊解鎖，直流電流流經通流支路中的第一組機械開關K1和所有輔助換流模塊。當然，作為備選，也可以選擇第二組機械開關K2閉合。當直流斷路器主動保護檢測到直流故障，需要切斷與其串聯的直流故障電流時，直流斷路器的分閘控制過程如下：

(1)控制解鎖直流斷路器斷流支路中的全部斷流模塊SMB，閉鎖直流斷路器通流支路中的全部輔助換流模塊SMC，將故障電流從通流支路轉移到斷流支路。

(2)當直流故障電流轉移到斷流支路後，斷開直流斷路器的通流支路中第一組機械開關K1。

(3)根據直流斷路器在設定時間deltT1內是否接收到第一組機械開關K1的分閘位置信號，可分為兩種情況：

情況1若直流斷路器在設定時間deltT1內沒有收到第一組機械開關K1的分閘位置信號，控制閉合直流斷路器通流支路中的第二組機械開關K2，解鎖直流斷路器通流支路中的全部輔助換流模塊SMC，同時向控制保護系統發送不允許分閘告警信號。

情況2若直流斷路器在設定時間deltT1內收到第一組機械開關K1的分閘位置信號，則判定直流斷路器在設定時間deltT2內是否接收到控制保護系統的分閘命令，也分為兩種情況：

a.若直流斷路器在設定時間deltT2內沒有收到控制保護系統的分閘命令，控制閉合直流斷路器通流支路中的第二組機械開關K2，解鎖直流斷路器通流支路中的全部輔助換流模塊SMC，最後閉鎖直流斷路器斷流支路中的全部斷流模塊SMB。

b.若直流斷路器在規定時間deltT2內收到控制保護系統的分閘命令，閉鎖直流斷路器的斷流支路中的全部斷流模塊SMB，將故障電流轉入到與斷流支路並聯的耗能支路，從而完成直流電流的切除。

其中，直流斷路器等待第一組機械開關K1分閘位置信號的設定時間deltT1以及等待保護系統的分閘命令的設定時間deltT2均由機械開關K的物理特性決定。

本實施例中，將機械開關設計為兩組並聯的機械開關，從而保證安全；同時，在同等機械開關性能的基礎上，還可以將第二組機械開關設計為合閘速度快的開關，進一步保證安全。

需要說明的是，實施例3、4中，是另外兩種機械開關並聯的形式，下面進行具體介紹。

高壓直流斷路器的分閘控制方法實施例3：

如圖3所示，與實施例2中的直流斷路器不同的是，本實施例中的高壓直流斷路器的通流支路由兩條支路並聯構成，其中第一條支路由第一組機械開關K1和第一組輔助換流模塊SMC1串聯構成，第二條支路由第二組機械開關K2和第二組輔助換流模塊SMC2串聯構成。

正常運行情況下，高壓支路斷路器通流支路中的第一組機械開關K1閉合，第一組輔助換流模塊SMC1解鎖，直流電流流經通流支路中的第一組機械開關K1和第一組輔助換流模塊SMC1。當然，作為備選，也可以選擇第二組機械開關K2閉合，第二組輔助換流模塊SMC2解鎖。當直流斷路器主動保護檢測到直流故障，需要切斷與其串聯的直流故障電流時，該直流斷路器的分閘控制過程如下：

(1)控制解鎖直流斷路器斷流支路中的全部斷流模塊SMB，閉鎖直流斷路器通流支路中的第一組輔助換流模塊SMC1，將故障電流從通流支路轉移到斷流支路。

(2)當直流故障電流轉移到斷流支路後，斷開直流斷路器的通流支路中第一組機械開關K1。

(3)根據直流斷路器在設定時間deltT1內是否接收到第一組機械開關K1的分閘位置信號，可分為兩種情況：

情況1若直流斷路器在設定時間deltT1內沒有收到第一組機械開關K1的分閘位置信號，控制解鎖直流斷路器通流支路中的第二組輔助換流模塊SMC2，閉合直流斷路器通流支路中的第二組機械開關K2，同時向控制保護系統發送不允許分閘告警信號。

情況2若直流斷路器在設定時間deltT1內收到第一組機械開關K1的分閘位置信號，則判定直流斷路器在設定時間deltT2內是否接收到控制保護系統的分閘命令，也可分為兩種情況：

a.若直流斷路器在設定時間deltT2內沒有收到控制保護系統的分閘命令，閉合直流斷路器的通流支路中的第二組機械開關K2，解鎖直流斷路器通流支路中的第二組輔助換流模塊SMC2，最後閉鎖直流斷路器斷流支路中的全部斷流模塊SMB。

b.若直流斷路器在規定時間deltT2內收到控制保護系統的分閘命令，閉鎖直流斷路器的斷流支路中的全部斷流模塊SMB，將故障電流轉入到與斷流支路並聯的耗能支路，從而完成直流電流的切除。

其中，直流斷路器等待第一組機械開關K1分閘位置信號的設定時間deltT1以及等待保護系統的分閘命令的設定時間deltT2均由機械開關K的物理特性決定。

高壓直流斷路器的分閘控制方法實施例4：

如圖4所示，採用了不同於實施例2、3的機械開關並聯形式，相當於在實施例3的基礎上將兩組輔助換流模塊與兩組機械開關的串聯點並聯起來。這種方式可以較為靈活地選擇相對應成為通路的輔助換流模塊組與機械開關組，具體控制方法與實施例2或3類同，在此不再贅述。