故障排除的方法
【專(zhuān)利摘要】一種用于DC電力網(wǎng)(10)故障排除的方法，其中所述DC電力網(wǎng)(10)包括：多個(gè)DC端子(12a、12b、12c、12d)；多個(gè)DC輸電介質(zhì)(14a、14b、14c、14d)，以將所述多個(gè)DC端子(12a、12b、12c、12d)互連；以及多個(gè)DC電路中斷設(shè)備站(18)，每個(gè)DC電路中斷設(shè)備站(18)與所述多個(gè)DC輸電介質(zhì)(14a、14b、14c、14d)的相應(yīng)一個(gè)和所述多個(gè)DC端子(12a、12b、12c、12d)的相應(yīng)一個(gè)相關(guān)聯(lián)，每個(gè)DC電路中斷設(shè)備站(18)包括DC電路中斷設(shè)備(20)，以選擇性地中斷所關(guān)聯(lián)的DC輸電介質(zhì)(14a、14b、14c、14d)中的電流流動(dòng)，所述方法包括以下步驟：(i)檢測(cè)發(fā)生在所述多個(gè)DC輸電介質(zhì)(14a、14b、14c、14d)中的一個(gè)或多個(gè)故障；(ii)在檢測(cè)到所述或每個(gè)故障之后，斷開(kāi)所有的所述DC電路中斷設(shè)備(20)以中斷在所述多個(gè)DC輸電介質(zhì)(14a、14b、14c、14d)中的電流流動(dòng)；(iii)測(cè)量每個(gè)DC輸電介質(zhì)(14a、14b、14c、14d)的電特性；(iv)基于所測(cè)量到的所述多個(gè)DC輸電介質(zhì)(14a、14b、14c、14d)的電特性，識(shí)別所述或每個(gè)故障所在的所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)(14a、14b、14c、14d)；以及(v)在識(shí)別所述或每個(gè)故障所在的所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)(14a、14b、14c、14d)之后，禁止閉合與所述或每個(gè)故障所在的所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)(14a、14b、14c、14d)相關(guān)聯(lián)的所述或每個(gè)DC電路中斷設(shè)備(20)，并且閉合與所述或每個(gè)故障所不在的所述或每個(gè)非故障DC輸電介質(zhì)(14a、14b、14c、14d)相關(guān)聯(lián)的所述或每個(gè)DC電路中斷設(shè)備(20)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】故障排除的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于DC電力網(wǎng)故障排除的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 如地理上分散的可再生形式的發(fā)電所需要的，正在考慮將一種新的高壓直流 (HVDC)輸電網(wǎng)絡(luò)用于長(zhǎng)距離移動(dòng)大量電力，并用于增加能夠支持現(xiàn)代電交易要求的具有智 能電網(wǎng)智力和特征的AC輸電網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有能力。這種網(wǎng)絡(luò)有時(shí)被稱(chēng)為DC電力網(wǎng)。
[0003] DC電力網(wǎng)需要HVDC轉(zhuǎn)換器的多端子互連，從而能夠使用并聯(lián)運(yùn)行的三個(gè)或更多 HVDC轉(zhuǎn)換器在DC側(cè)交換電力。如所需要地，每個(gè)HVDC轉(zhuǎn)換器在交換電力的同時(shí)，作為源或 蓄能庫(kù)（sink)以維持網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)輸入-輸出的電力平衡。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)本發(fā)明的方面，提供一種用于DC電力網(wǎng)故障排除的方法，其中所述DC電力網(wǎng) 包括：多個(gè)DC端子；多個(gè)DC輸電介質(zhì)，用以互連所述多個(gè)DC端子；以及多個(gè)DC電路中斷 設(shè)備站，每個(gè)DC電路中斷設(shè)備站與所述多個(gè)DC輸電介質(zhì)的相應(yīng)一個(gè)和所述多個(gè)DC端子的 相應(yīng)一個(gè)相關(guān)聯(lián)，每個(gè)DC電路中斷設(shè)備站包括DC電路中斷設(shè)備，以選擇性地中斷在所關(guān)聯(lián) 的輸電介質(zhì)中的電流流動(dòng)，所述方法包括步驟：
[0005] (i)檢測(cè)發(fā)生在所述多個(gè)DC輸電介質(zhì)中的一個(gè)或多個(gè)故障；
[0006] (ii)在檢測(cè)到所述或每個(gè)故障之后，斷開(kāi)所有的所述DC電路中斷設(shè)備以中斷在 所述多個(gè)DC輸電介質(zhì)中的電流流動(dòng)；
[0007] (iii)測(cè)量每個(gè)DC輸電介質(zhì)的電特性；
[0008] (iv)基于所測(cè)量到的所述多個(gè)DC輸電介質(zhì)的電特性，識(shí)別所述或每個(gè)故障所在 的所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)；以及
[0009] (V)在識(shí)別所述或每個(gè)故障所在的所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)之后，禁止閉合與 所述或每個(gè)故障所在的所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的所述或每個(gè)DC電路中斷設(shè) 備，并且閉合與所述或每個(gè)故障所不在的所述或每個(gè)非故障DC輸電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的所述或 每個(gè)DC電路中斷設(shè)備。
[0010] 對(duì)于本說(shuō)明書(shū)而言，斷開(kāi)電路中斷設(shè)備指的是使用電路中斷設(shè)備來(lái)斷開(kāi)已閉合電 路以中斷該電路中的電流流動(dòng)，同時(shí)閉合電路中斷設(shè)備指的是使用電路中斷設(shè)備來(lái)閉合已 斷開(kāi)的電路以允許電路中的電流流動(dòng)。
[0011] DC電路中斷設(shè)備可以是能夠中斷DC電路中的直流電流動(dòng)的任意設(shè)備。這種DC電 路中斷設(shè)備可以是DC電路斷路器，但不限于此。
[0012] DC輸電介質(zhì)可以是能夠在兩個(gè)或更多DC端子之間傳輸電功率的任意介質(zhì)。這種 介質(zhì)可以是水下DC輸電電纜、架空DC輸電線路或電纜以及地下DC輸電電纜，但不限于此。
[0013] 發(fā)生在多個(gè)DC輸電介質(zhì)中的一個(gè)或多個(gè)故障的發(fā)生可以導(dǎo)致流過(guò)DC電力網(wǎng)的一 個(gè)或多個(gè)故障電流。故障可以例如是在DC輸電電纜兩端具有低阻抗的短路形式。由于絕 緣的損壞或擊穿、雷擊、導(dǎo)體的移動(dòng)或其他由于外部物體導(dǎo)致的導(dǎo)體之間的意外橋接，可能 發(fā)生上述情況。
[0014] 在每個(gè)DC電路中斷設(shè)備站處可以局部地執(zhí)行所述或每個(gè)故障的檢測(cè)，以能夠快 速檢測(cè)相關(guān)聯(lián)的DC輸電介質(zhì)中的故障。例如，通過(guò)使用檢測(cè)在多個(gè)DC輸電介質(zhì)中發(fā)生的 故障的步驟包括執(zhí)行相關(guān)聯(lián)的DC輸電介質(zhì)的電流和/或電壓特性的直接或?qū)?shù)測(cè)量的方 法的實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)這種快速檢測(cè)。
[0015] 優(yōu)選地，每個(gè)DC電路中斷設(shè)備站包括故障檢測(cè)裝置，以檢測(cè)在相關(guān)聯(lián)的DC輸電介 質(zhì)中的一個(gè)或多個(gè)故障，其中每個(gè)DC電路中斷設(shè)備斷開(kāi)以響應(yīng)由相應(yīng)的DC電路中斷設(shè)備 站的故障檢測(cè)裝置檢測(cè)到多個(gè)DC輸電介質(zhì)中的所述或每個(gè)故障。
[0016] 當(dāng)在直接連接到DC電路中斷設(shè)備的電路中檢測(cè)到故障時(shí)，DC電路中斷設(shè)備通常 被設(shè)計(jì)為按照命令斷開(kāi)，即跳閘。
[0017] DC電力網(wǎng)的低阻抗性質(zhì)導(dǎo)致DC電力網(wǎng)的所有DC端子受發(fā)生在多個(gè)DC輸電介質(zhì) 中的所述或每個(gè)故障影響。這使得在每個(gè)DC電路中斷設(shè)備站處均局部地檢測(cè)到所述或每 個(gè)故障。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，這會(huì)自動(dòng)地使每個(gè)DC電路中斷設(shè)備跳閘。
[0018] 當(dāng)檢測(cè)到發(fā)生在多個(gè)DC輸電介質(zhì)中的所述或故障時(shí)斷開(kāi)所有的DC電路中斷設(shè) 備，這樣能夠快速中斷DC電力網(wǎng)中的所述或每個(gè)故障電流，同時(shí)所述或每個(gè)故障電流仍然 在每個(gè)DC電路中斷設(shè)備的電流中斷能力內(nèi)。這防止所述或每個(gè)故障電流水平的上升到超 過(guò)每個(gè)DC電路中斷設(shè)備的電流中斷能力。在故障電流超過(guò)DC電路中斷設(shè)備的電流中斷能 力的情況下，則無(wú)法斷開(kāi)DC電路中斷設(shè)備。
[0019] 圖1示出在DC電力網(wǎng)中電流的相對(duì)大小?？梢钥闯鲈贒C電力網(wǎng)故障期間，具有 I. 0單位電流的正常運(yùn)行值的DC輸電介質(zhì)電流在5ms內(nèi)可以超過(guò)具有6. 0單位額定電流的 典型DC電路斷路器的電流中斷能力，并且在IOms內(nèi)可以達(dá)到10. 0單位電流的DC轉(zhuǎn)換器 故障電流并且在50ms內(nèi)可以達(dá)到數(shù)倍于DC轉(zhuǎn)換器故障電流的DC電力網(wǎng)故障電流。因此， 為了確保DC電力網(wǎng)中電流流動(dòng)的成功中斷，有必要立即斷開(kāi)所有的DC電路中斷設(shè)備。
[0020] 在檢測(cè)到所述或每個(gè)故障之后斷開(kāi)所有的DC電路中斷設(shè)備的步驟的優(yōu)點(diǎn)還在 于：這個(gè)步驟消除了操作AC電路斷路器來(lái)中斷DC電力網(wǎng)中電流流動(dòng)的需要，操作AC電路 斷路器會(huì)不利地影響通過(guò)DC電力網(wǎng)的完整輸電能力的持續(xù)時(shí)間。這是因?yàn)樵诤芏鄠鹘y(tǒng)的 轉(zhuǎn)換器拓?fù)渲?，使用二極管形成部分電力晶體管以用于電力電子開(kāi)關(guān)中，導(dǎo)致通過(guò)轉(zhuǎn)換器 的固有傳導(dǎo)路徑。因此，在DC電力網(wǎng)中故障的情況下，放電電流可以經(jīng)由DC電力網(wǎng)通過(guò)導(dǎo) 電路徑從AC電力網(wǎng)流向故障處。放電電流的流動(dòng)意味著不能斷開(kāi)電路隔離開(kāi)關(guān)以隔離DC 電力網(wǎng)的故障部分直到放電電流的大小已經(jīng)下降到電路隔離開(kāi)關(guān)的電流中斷能力之下。因 此，在使用電路隔離開(kāi)關(guān)以斷開(kāi)DC電力網(wǎng)的故障部分并且然后給DC電力網(wǎng)的剩余部分重 新供給能量之前，有必要首先使連接到DC電力網(wǎng)的所有轉(zhuǎn)換器的AC電路斷路器跳閘，以將 轉(zhuǎn)換器從相關(guān)聯(lián)的AC網(wǎng)絡(luò)隔離。但是，從相關(guān)聯(lián)的AC網(wǎng)絡(luò)隔離轉(zhuǎn)換器并且然后重新閉合 AC電路斷路器以重新連接轉(zhuǎn)換器將花費(fèi)一段有限的時(shí)間。通常地，AC電路斷路器能夠快速 跳閘但是花費(fèi)三倍或四倍長(zhǎng)的時(shí)間以重新關(guān)閉。
[0021] 在斷開(kāi)所有的DC電路中斷設(shè)備之后，執(zhí)行對(duì)所述或每個(gè)故障所在的所述或每個(gè) 故障DC輸電介質(zhì)的識(shí)別。這是可能的，因?yàn)槊總€(gè)故障DC輸電介質(zhì)將承受低阻抗并且通常 具有平均地零殘留DC電壓電平。同時(shí)，由于存在陷阱電荷，所以每個(gè)非故障DC輸電介質(zhì)將 具有非零殘留DC電壓電平。很容易測(cè)量故障和非故障DC輸電介質(zhì)的電特性方面的這種差 另IJ，以提供信息使得直截了當(dāng)?shù)刈R(shí)別所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)。
[0022] 在每個(gè)DC電路中斷設(shè)備站處可以局部地測(cè)量每個(gè)DC輸電介質(zhì)的電特性，而無(wú)需 不同電路中斷設(shè)備站之間或與中央控制站的通信，由此導(dǎo)致所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì) 的簡(jiǎn)單和快速識(shí)別。其優(yōu)勢(shì)在于最小化DC電力網(wǎng)中零功率傳輸?shù)臅r(shí)間量，最小化DC電力 網(wǎng)終端用戶(hù)的不便。
[0023] 在斷開(kāi)所有的DC電路中斷設(shè)備之后，可以以多種不同的方式執(zhí)行測(cè)量每個(gè)DC輸 電介質(zhì)的電特性的步驟。
[0024] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，測(cè)量每個(gè)DC輸電介質(zhì)的電特性的步驟可以包括測(cè)量每個(gè) DC輸電介質(zhì)的殘留DC電壓電平。
[0025] 在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，測(cè)量每個(gè)DC輸電介質(zhì)的電特性的步驟可以包括測(cè)量 每個(gè)DC輸電介質(zhì)的電壓振蕩頻率。
[0026] 以這種方式測(cè)量每個(gè)DC輸電介質(zhì)的電壓特性允許識(shí)別所述或每個(gè)故障DC輸電介 質(zhì)。
[0027] 在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，測(cè)量每個(gè)DC輸電介質(zhì)的電特性的步驟可以包括測(cè)量 在多個(gè)DC輸電介質(zhì)中一個(gè)或多個(gè)故障電流的大小和方向。
[0028] 在這種實(shí)施例中，基于測(cè)量到的多個(gè)DC輸電介質(zhì)的電特性，識(shí)別所述或每個(gè)故障 所在的所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)的步驟可以包括在不同的DC電路中斷設(shè)備站之間通信 信息，該信息包括在多個(gè)DC輸電介質(zhì)中的所述或每個(gè)故障電流的大小和方向。
[0029] 在其他這種實(shí)施例中，其中，DC電力網(wǎng)還包括控制站，以與多個(gè)DC電路中斷設(shè)備 站通信，基于測(cè)量到的多個(gè)DC輸電介質(zhì)的電特性，識(shí)別所述或每個(gè)故障所在的所述或每個(gè) 故障DC輸電介質(zhì)的步驟可以包括在每個(gè)DC電路中斷設(shè)備站與控制站之間通信信息，該信 息包括在多個(gè)DC輸電介質(zhì)中的所述或每個(gè)故障電流的大小和方向。
[0030] 測(cè)量多個(gè)DC輸電介質(zhì)中一個(gè)或多個(gè)故障電流的大小和方向還允許識(shí)別所述或每 個(gè)故障DC輸電介質(zhì)。
[0031] 基于測(cè)量到的多個(gè)DC輸電介質(zhì)的電特性，識(shí)別所述或每個(gè)故障所在的所述或每 個(gè)故障DC輸電介質(zhì)的步驟可以包括確定所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)內(nèi)所述或每個(gè)故障的 位置。
[0032] 測(cè)量每個(gè)DC輸電介質(zhì)的電壓特性可以允許識(shí)別所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)內(nèi)故 障的位置。
[0033] -旦識(shí)別出所述或每個(gè)故障輸電介質(zhì)，與所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的 所述或每個(gè)DC電路中斷設(shè)備被禁止閉合，以防止在DC電力網(wǎng)內(nèi)所述或每個(gè)故障電流流動(dòng)， 同時(shí)通過(guò)閉合所述或每個(gè)相應(yīng)的DC電路中斷設(shè)備來(lái)恢復(fù)所述或每個(gè)非故障DC輸電介質(zhì)的 正常運(yùn)行。
[0034] 在識(shí)別出所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)之后，可以以多種不同的方式操作DC電力 網(wǎng)以執(zhí)行禁止閉合和斷開(kāi)每個(gè)DC電路中斷設(shè)備的步驟。
[0035] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，其中，DC電力網(wǎng)還包括控制站，以與多個(gè)DC電路中斷設(shè)備 站通信，閉合與所述或每個(gè)故障所不在的所述或每個(gè)非故障DC輸電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的所述或 每個(gè)DC電路中斷設(shè)備的步驟可以包括將來(lái)自控制站的控制信號(hào)發(fā)送至與所述或每個(gè)非故 障DC輸電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的所述或每個(gè)DC電路中斷設(shè)備站，以啟動(dòng)閉合所述或每個(gè)相應(yīng)的DC 電路中斷設(shè)備。
[0036] 在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，閉合與所述或每個(gè)故障所不在的所述或每個(gè)非故障DC 輸電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的所述或每個(gè)DC電路中斷設(shè)備的步驟包括在斷開(kāi)所有DC電路中斷設(shè)備之 后的預(yù)定時(shí)延之后閉合與所述或每個(gè)非故障DC輸電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的所述或每個(gè)DC電路中斷 設(shè)備。
[0037] 在預(yù)定時(shí)延之后，當(dāng)每個(gè)DC電路中斷設(shè)備自動(dòng)閉合時(shí)，有必要主動(dòng)地禁止與所述 或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的所述或每個(gè)DC電路中斷設(shè)備。
[0038] 使用在相應(yīng)的DC電路中斷設(shè)備站處的局部控制，可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)禁止閉合與所述 或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的所述或每個(gè)DC電路中斷設(shè)備?？蛇x地，其中DC電力網(wǎng)還 包括控制站，以與多個(gè)DC電路中斷設(shè)備站通信，禁止閉合與所述或每個(gè)故障所在的所述或 每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的所述或每個(gè)DC電路中斷設(shè)備的步驟可以包括：將來(lái)自控制 站的控制信號(hào)發(fā)送至與所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的所述或每個(gè)DC電路中斷設(shè)備 站以禁止閉合所述或每個(gè)相應(yīng)的DC電路中斷設(shè)備。
[0039] 因此，根據(jù)參照本發(fā)明的方法操作DC電力網(wǎng)實(shí)現(xiàn)具有最小離線時(shí)間的可靠和穩(wěn) 定的DC電力網(wǎng)。這是因?yàn)樵摲椒ㄊ沟迷贒C電力網(wǎng)中的所述或每個(gè)故障能夠從其余的DC 電力網(wǎng)快速隔離和分離，以便允許其余的DC電力網(wǎng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0040] 現(xiàn)在將通過(guò)非限制示例，參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中：
[0041] 圖1示出DC電力網(wǎng)中電流的相對(duì)大??；
[0042] 圖2以示意圖形式示出四個(gè)DC端子的DC電力網(wǎng)的示例；
[0043] 圖3示出當(dāng)在一個(gè)DC輸電線的中心處發(fā)生極-對(duì)-極故障時(shí)，形成圖2的DC電 力網(wǎng)的一部分的多個(gè)DC輸電線的電壓特性的曲線圖；
[0044] 圖4示出圖3所示的曲線圖的特寫(xiě)；
[0045] 圖5不出當(dāng)在一個(gè)DC輸電線的一端處發(fā)生極-對(duì)-極故障時(shí)，形成圖2的DC電 力網(wǎng)的一部分的多個(gè)DC輸電線的電壓特性的曲線圖；以及
[0046] 圖6以示意圖形式示出包括控制站的四個(gè)DC端子的DC電力網(wǎng)的另一個(gè)示例。

【具體實(shí)施方式】
[0047] 參照?qǐng)D2至圖5,根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于DC電力網(wǎng)10的故障排除的方法描述 如下。
[0048] DC電力網(wǎng)10包括四個(gè)端子12a、12b、12c、12d和四個(gè)DC輸電線14a、14b、14c、14d。 每個(gè)DC端子12a、12b、12c、12d連接到電力轉(zhuǎn)換器16a、16b、16c、16d，同時(shí)四個(gè)DC輸電線 14a、14b、14c、14d布置為與DC端子互連，如下所示。
[0049] 第一 DC輸電線14a的第一端連接到第一 DC端子12a，同時(shí)第一 DC輸電線14a的 第二端連接到第二DC端子12b。
[0050] 第二DC輸電線14b的第一端連接到第二DC端子12b，同時(shí)第二DC輸電線14b的 第二端連接到第三DC端子12c。
[0051] 第三DC輸電線14c的第一端連接到第三DC端子12c，同時(shí)第三DC輸電線14c的 第二端連接到第四DC端子12d。
[0052] 第四DC輸電線14d的第一端連接到第四DC端子12d，同時(shí)第四DC輸電線14d的 第二端連接到第一 DC端子12a。
[0053] 用以互連四個(gè)DC端子12a、12b、12c、12d的DC輸電線14a、14b、14c、14d的使用允 許DC電力網(wǎng)10的不同DC端子12a、12b、12c、12d之間的電力轉(zhuǎn)移。
[0054] DC電力網(wǎng)10還包括多個(gè)DC電路斷路器站18。每個(gè)DC電路斷路器站18包括在 相應(yīng)的一個(gè)DC端子12a、12b、12c、12d與相應(yīng)的一個(gè)DC輸電線14a、14b、14c、14d的一端之 間連接的DC電路斷路器20,使得一對(duì)DC電路斷路器20位于每個(gè)DC輸電線14a、14b、14c、 14d的相對(duì)立的兩端處。
[0055] 可以設(shè)想，在其他實(shí)施例中，每個(gè)DC電路斷路器20可以被替換為另一類(lèi)型的電路 中斷設(shè)備。
[0056] 以這種方式配置的DC電力網(wǎng)10允許每個(gè)DC電路斷路器20選擇性地中斷在相應(yīng) 的DC輸電線14a、14b、14c、14d中的電流流動(dòng)，即每個(gè)DC電路斷路器20被控制為或中斷或 允許在相應(yīng)的DC輸電線14a、14b、14c、14d中的電流流動(dòng)。
[0057] DC電力網(wǎng)10還包括多個(gè)DC電抗器22。每個(gè)DC電抗器22連接在相應(yīng)的一個(gè)DC 電路斷路器20與相應(yīng)的一個(gè)DC輸電線14a、14b、14c、14d的一端之間，使得一對(duì)DC電抗器 22位于每個(gè)DC輸電線14a、14b、14c、14d的相對(duì)立的兩端處。
[0058] DC電抗器22的用途是限制在相應(yīng)的DC輸電線14a、14b、14c、14d中直流電流動(dòng)的 變化率。
[0059] 在DC電力網(wǎng)10的其他布置中，應(yīng)設(shè)想到可以省略DC電抗器22。
[0060] 每個(gè)DC電路斷路器站18還包括故障檢測(cè)裝置（未示出），以局部地執(zhí)行相應(yīng) 的DC輸電線14a、14b、14c、14d的電流和電壓特性的直接測(cè)量或?qū)?shù)測(cè)量（derivative measurement)。當(dāng)故障導(dǎo)致被測(cè)量的電流和電壓特性落在他們的正常運(yùn)行范圍之外時(shí)，這 允許迅速檢測(cè)到發(fā)生在相應(yīng)的DC輸電線14a、14b、14c、14d中的故障。當(dāng)由相應(yīng)的DC電路 斷路器站18的故障檢測(cè)裝置檢測(cè)到故障時(shí)，每個(gè)DC電路斷路器20跳閘。
[0061] 每個(gè)電力轉(zhuǎn)換器16a、16b、16c、16d還經(jīng)由相應(yīng)的AC電路斷路器26連接到相應(yīng)的 AC網(wǎng)絡(luò)24。
[0062] 使用PSCAD?, /EMTDC?仿真軟件執(zhí)行在極-對(duì)-極故障期間DC電力網(wǎng)10的故 障運(yùn)行的仿真。
[0063] 在第一個(gè)仿真中，發(fā)起極-對(duì)-極故障使得其發(fā)生在第四DC輸電線14d的中心處。
[0064] 如上所述，DC電力網(wǎng)10的低阻抗性質(zhì)導(dǎo)致DC電力網(wǎng)10的所有DC端子12a、12b、 12c、12d受施加到第四DC輸電線14d的極-對(duì)-極故障影響。這進(jìn)而允許每個(gè)DC電路斷 路器站18的故障檢測(cè)裝置局部地檢測(cè)極-對(duì)-極故障的發(fā)生，并且從而使所有的DC電路 斷路器20自動(dòng)跳閘。
[0065] 如上所述，在檢測(cè)到故障之后斷開(kāi)所有的DC電路斷路器20防止最終的故障電流 上升至超過(guò)每個(gè)DC電路斷路器20的電流中斷能力的水平。這進(jìn)而防止DC電力網(wǎng)10受到 不能被中斷的高故障電流的影響。
[0066] 圖3所示的曲線圖示出在第一個(gè)仿真中發(fā)生極-對(duì)-極故障之前和之后由每個(gè)DC 電路斷路器站18的故障檢測(cè)裝置所測(cè)量的每個(gè)DC輸電線14a、14b、14c、14d的電壓特性％、 v2、v3、v4。
[0067] 在發(fā)生極-對(duì)-極故障之后，可以發(fā)現(xiàn)在第一 DC輸電線14a、第二DC輸電線14b 和第三DC輸電線14c中的DC電壓電平V1J2J3保持接近于它們的正常運(yùn)行電壓電平。這 是在每個(gè)第一 DC輸電線14a、第二DC輸電線14b和第三DC輸電線14c中存在由于陷講電 荷（trapped charge)導(dǎo)致的非零殘留DC電壓。
[0068] 相反地，在發(fā)生極-對(duì)-極故障之后，可以發(fā)現(xiàn)在第四DC輸電線14d中的電壓電 平V 4具有以帶有大量AC電壓分量的名義（nominally)零DC電壓形式的零殘留DC電壓。
[0069] 在第四DC輸電線14d與其他DC輸電線14a、14b、14c之間的電壓特性％、V2、V 3、 V4中的重要差別意味著可以直截了當(dāng)?shù)刈R(shí)別第四DC輸電線14d為極-對(duì)-極故障所在的 故障DC輸電線。圖4示出在電壓振蕩頻率的一個(gè)周期內(nèi)此差別是明顯的。由此，能夠快速 識(shí)別故障DC輸電線。
[0070] -旦識(shí)別出故障DC輸電線，連接到第四DC輸電線14d的DC電路斷路器20被禁 止重新閉合，同時(shí)連接到第一 DC輸電線14a、第二DC輸電線14b和第三DC輸電線14c的 DC電路斷路器20被閉合。因此，這使得第一 DC輸電線14a、第二DC輸電線14b和第三DC 輸電線14c恢復(fù)正常運(yùn)行，同時(shí)第四輸電線14d保持離線以允許修理或去除極-對(duì)-極故 障。
[0071 ] 在第二個(gè)仿真中，發(fā)起極-對(duì)-極故障使得其發(fā)生在第四DC輸電線14d的第一端 處。
[0072] 圖5所示的曲線圖示出在第二個(gè)仿真中發(fā)生極-對(duì)-極故障之前和之后由每個(gè)DC 電路斷路器站18的故障檢測(cè)裝置所測(cè)量的每個(gè)DC輸電線14a、14b、14c、14d的電壓特性％、 v2、v3、v4。
[0073] 在發(fā)生極-對(duì)-極故障之后，可以發(fā)現(xiàn)在第一 DC輸電線14a、第二DC輸電線14b 和第三DC輸電線14c中的DC電壓電平V1J2J3保持接近于它們的正常運(yùn)行電壓電平。如 上所述，這是在每個(gè)第一 DC輸電線14a、第二DC輸電線14b和第三DC輸電線14c中存在由 于受陷阱電荷導(dǎo)致的非零殘留DC電壓。
[0074] 相反地，在發(fā)生極-對(duì)-極故障之后，DC電路斷路器站18的故障檢測(cè)裝置測(cè)量在 第四DC輸電線14d的第二端處的電壓V 4為以具有大量AC電壓分量的名義零DC電壓形式 的零殘留DC電壓V42。同時(shí)，DC電路斷路器站18的故障檢測(cè)裝置測(cè)量在第四DC輸電線14d 的第一端處的電壓V4為無(wú) AC電壓分量的零殘留DC電壓V41。
[0075] 從第四DC輸電線14d與其他DC輸電線14a、14b、14c之間的電壓特性％、V2、V 3、 V4中的重要差別顯而易見(jiàn)地，可以直截了當(dāng)?shù)刈R(shí)別第四DC輸電線14d為極-對(duì)-極故障所 在的故障DC輸電線。另外，在第四DC輸電線14d的第一端和第二端處測(cè)量的電壓V 41、V42 之間電壓振蕩頻率方面的差別意味著可以直截了當(dāng)?shù)卮_定極-對(duì)-極故障位于第四DC輸 電線14d的第一端處。
[0076] 使用根據(jù)本發(fā)明的故障保護(hù)的方法，不僅允許快速和準(zhǔn)確地識(shí)別故障所在的故障 輸電線，還能識(shí)別故障DC輸電線內(nèi)故障的具體位置。
[0077] 可以設(shè)想測(cè)量到的DC輸電線14a、14b、14c、14d的電壓特性可以被用來(lái)確定位于 故障DC輸電線內(nèi)任何位置處的故障位置。
[0078] 參照?qǐng)D6,根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的用于電力網(wǎng)110的故障清除的方法描述如 下。
[0079] 圖6的DC電力網(wǎng)110與圖2的DC電力網(wǎng)10在結(jié)構(gòu)和操作上類(lèi)似，并且相似的特 性使用相同的附圖標(biāo)記。圖6的DC電力網(wǎng)110與圖2的DC電力網(wǎng)10的不同之處在于圖 6的DC電力網(wǎng)110還包括控制站30以與每個(gè)DC電路斷路器站18通信。
[0080] 根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的方法與根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的方法類(lèi)似，不 同的是，在第二個(gè)方法中通過(guò)測(cè)量在DC電力網(wǎng)110中流動(dòng)的故障電流的大小和方向，而不 是測(cè)量每個(gè)DC輸電線14a、14b、14c、14d的電壓特性來(lái)識(shí)別在圖6的DC電力網(wǎng)110中的故 障DC輸電介質(zhì)。
[0081] 在極-對(duì)-極故障發(fā)生在第四DC輸電線14a中的事件中，每個(gè)DC電路斷路器站 18的故障檢測(cè)裝置不僅檢測(cè)極-對(duì)-極故障，還測(cè)量流過(guò)相應(yīng)的DC輸電線14a、14b、14c、 14d的故障電流的大小和方向。
[0082] 在第四DC輸電線14a中發(fā)生極-對(duì)-極故障的情況下，每個(gè)DC電路斷路器站18 的故障檢測(cè)裝置不僅檢測(cè)極-對(duì)-極故障，還測(cè)量流過(guò)相應(yīng)的DC輸電線14a、14b、14c、14d 的故障電流的大小和方向。
[0083] 在發(fā)生極-對(duì)-極故障期間，第四DC輸電線14d的兩端都有故障電流的流入。同 時(shí)，每個(gè)第一 DC輸電線14a、第二DC輸電線14b和第三DC輸電線14c的一端將有故障電流 的流入，同時(shí)每個(gè)第一 DC輸電線14a、第二DC輸電線14b和第三DC輸電線14c的另一端將 有故障電流的流出。
[0084] 隨著檢測(cè)到極-對(duì)-極故障，在斷開(kāi)所有的DC電路斷路器20之后，每個(gè)DC電路 斷路器站18經(jīng)由控制站30與其他DC電路斷路器站18通信信息。所通信的信息包括較早 測(cè)量的在DC輸電線14a、14b、14c、14d中流動(dòng)的故障電流的大小和方向。
[0085] 在第四DC輸電線14d和其他DC輸電線14a、14b、14c中故障電流大小和方向方面 的差別允許將第四DC輸電線14d識(shí)別為極-對(duì)-極故障所在的故障DC輸電線。
[0086] 一旦識(shí)別出故障DC輸電線，連接到第四輸電線14d的DC電路斷路器20被禁止重 新閉合，同時(shí)連接到第一 DC輸電線14a、第二DC輸電線14b和第三DC輸電線14c的DC電 路斷路器20被閉合。因此，這使得第一 DC輸電線14a、第二DC輸電線14b和第三DC輸電 線14c恢復(fù)正常運(yùn)行，同時(shí)第四輸電線14d保持離線以允許修理或去除極-對(duì)-極故障。
[0087] 在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，應(yīng)設(shè)想到DC電力網(wǎng)110可以省略控制站30,并且在斷 開(kāi)所有的DC電路斷路器20之后，每個(gè)DC電路斷路器站18可以與其他DC電路斷路器站18 直接通信信息。
[0088] 因此，使用根據(jù)本發(fā)明的第一和/或第二方法實(shí)現(xiàn)了可靠和穩(wěn)定的DC電力網(wǎng)10、 110。
[0089] 可以設(shè)想，在其他實(shí)施例中，可以結(jié)合第一方法和第二方法來(lái)清除DC電力網(wǎng)中一 個(gè)或多個(gè)故障。
[0090] 可以理解地是，根據(jù)本發(fā)明的方法適用于具有不同數(shù)量的DC端子和用以互 連DC端子的DC輸電線的不同布置的DC電力網(wǎng)。這種DC電力網(wǎng)可以是網(wǎng)格狀連接 (mesh-connected)的DC電力網(wǎng)或福射狀連接（radial-connected)的DC電力網(wǎng)，但不限于 此。
[0091] 參照分別如圖2和圖6所示的DC電力網(wǎng)10、110如上描述的實(shí)施例以使用DC輸 電線14a、14b、14c、14d為例。可以設(shè)想，在其他實(shí)施例中，該方法可以被用在諸如包括其他 DC輸電介質(zhì)（例如水下DC輸電電纜、架空DC輸電線路或電纜以及地下DC輸電電纜）的 DC電力網(wǎng)中。
【權(quán)利要求】
1?一種用于DC電力網(wǎng)故障排除的方法，其中所述DC電力網(wǎng)包括：多個(gè)DC端子；多個(gè) DC輸電介質(zhì)，用以互連所述多個(gè)DC端子；以及多個(gè)DC電路中斷設(shè)備站，每個(gè)DC電路中斷 設(shè)備站與所述多個(gè)DC輸電介質(zhì)中的相應(yīng)一個(gè)和所述多個(gè)DC端子中的相應(yīng)一個(gè)相關(guān)聯(lián)，每 個(gè)DC電路中斷設(shè)備站包括DC電路中斷設(shè)備，以選擇性地中斷在所關(guān)聯(lián)的DC輸電介質(zhì)中的 電流流動(dòng)，所述方法包括以下步驟： (i) 檢測(cè)發(fā)生在所述多個(gè)DC輸電介質(zhì)中的一個(gè)或多個(gè)故障； (ii) 在檢測(cè)到所述或每個(gè)故障之后，斷開(kāi)所有的所述DC電路中斷設(shè)備以中斷在所述 多個(gè)DC輸電介質(zhì)中的電流流動(dòng)； (iii) 測(cè)量每個(gè)DC輸電介質(zhì)的電特性； (iv) 基于測(cè)量到的所述多個(gè)DC輸電介質(zhì)的電特性，識(shí)別所述或每個(gè)故障所在的所述 或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)；以及 (v) 在識(shí)別所述或每個(gè)故障所在的所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)之后，禁止閉合與所述 或每個(gè)故障所在的所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的所述或每個(gè)DC電路中斷設(shè)備，并 且閉合與所述或每個(gè)故障所不在的所述或每個(gè)非故障DC輸電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的所述或每個(gè)DC 電路中斷設(shè)備。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中測(cè)量每個(gè)DC輸電介質(zhì)的電特性的步驟包括：測(cè)量 每個(gè)DC輸電介質(zhì)的殘留DC電壓電平。
3. 根據(jù)任意一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其中測(cè)量每個(gè)DC輸電介質(zhì)的電特性的步 驟包括：測(cè)量每個(gè)DC輸電介質(zhì)的電壓振蕩頻率。
4. 根據(jù)任意一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其中檢測(cè)發(fā)生在所述多個(gè)DC輸電介質(zhì)中 的一個(gè)或多個(gè)故障的步驟包括：實(shí)施每個(gè)DC輸電介質(zhì)的電流和/或電壓特性的直接測(cè)量或 導(dǎo)數(shù)測(cè)量。
5. 根據(jù)任意一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其中每個(gè)DC電路中斷設(shè)備站包括故障檢 測(cè)裝置，以檢測(cè)在所關(guān)聯(lián)的DC輸電介質(zhì)中的一個(gè)或多個(gè)故障，其中每個(gè)DC電路中斷設(shè)備斷 開(kāi)以響應(yīng)由相應(yīng)的DC電路中斷設(shè)備站的故障檢測(cè)裝置檢測(cè)到的在所述多個(gè)DC輸電介質(zhì)中 的所述或每個(gè)故障。
6. 根據(jù)任意一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其中測(cè)量每個(gè)DC輸電介質(zhì)的電特性的步 驟包括：測(cè)量在所述多個(gè)DC輸電介質(zhì)中的一個(gè)或多個(gè)故障電流的大小和方向。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中基于所測(cè)量到的所述多個(gè)DC輸電介質(zhì)的電特性， 識(shí)別所述或每個(gè)故障所在的所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)的步驟包括：在不同的DC電路中 斷設(shè)備站之間通信信息，所述信息包括在所述多個(gè)DC輸電介質(zhì)中的所述或每個(gè)故障電流 的大小和方向。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中所述DC電力網(wǎng)還包括控制站，以與所述多個(gè) DC電路中斷設(shè)備站通信，其中基于所測(cè)量到的多個(gè)DC輸電介質(zhì)的電特性，識(shí)別所述或每個(gè) 故障所在的所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)的步驟包括：在每個(gè)DC電路中斷設(shè)備站與控制站 之間通信信息，所述信息包括在所述多個(gè)DC輸電介質(zhì)中的所述或每個(gè)故障電流的大小和 方向。
9. 根據(jù)任意一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其中基于所測(cè)量到的多個(gè)DC輸電介質(zhì)的 電特性，識(shí)別所述或每個(gè)故障所在的所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)的步驟包括：確定所述或 每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)內(nèi)所述或每個(gè)故障的位置。
10. 根據(jù)任意一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述DC電力網(wǎng)還包括控制站，以與 所述多個(gè)DC電路中斷設(shè)備站通信，其中閉合與所述或每個(gè)故障所不在的所述或每個(gè)非故 障DC輸電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的所述或每個(gè)DC電路中斷設(shè)備的步驟包括：將來(lái)自所述控制站的控 制信號(hào)發(fā)送至與所述或每個(gè)非故障DC輸電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的所述或每個(gè)DC電路中斷設(shè)備站， 以啟動(dòng)閉合相應(yīng)的DC電路中斷設(shè)備。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的方法，其中閉合與所述或每個(gè)故障所不在的 所述或每個(gè)DC輸電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的所述或每個(gè)DC電路中斷設(shè)備的步驟包括：在斷開(kāi)所有的 所述DC電路中斷設(shè)備之后的預(yù)定時(shí)延之后閉合與所述或每個(gè)非故障DC輸電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的 所述或每個(gè)DC電路中斷設(shè)備。
12. 根據(jù)任意一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述DC電力網(wǎng)還包括控制站，以與 所述多個(gè)DC電路中斷設(shè)備站通信，其中禁止閉合與所述或每個(gè)故障所在的所述或每個(gè)故 障DC輸電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的所述或每個(gè)DC電路中斷設(shè)備的步驟包括：將來(lái)自所述控制站的控 制信號(hào)發(fā)送至與所述或每個(gè)故障DC輸電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的所述或每個(gè)DC電路中斷設(shè)備站，以 禁止閉合相應(yīng)的DC電路中斷設(shè)備。
【文檔編號(hào)】H02H7/26GK104350657SQ201380023642
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月5日
【發(fā)明者】羅伯特·懷特豪斯, 卡爾·大衛(wèi)·巴爾克 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司