【CN110021912A】基于混合式直流断路器的多端柔性直流电网自适应重合闸方法【专利】

一种混合式的智能直流断路器的设计与研究直流电力系统在可再生清洁能源发电、船舶、轨道交通等领域得到越来越多的应用和发展,直流断路器作为直流电网中的关键保护设备,研究快速有效的直流电路器,对防止故障范围扩大具有重要意义。

计算机和网络通信技术的广泛应用,促进了智能型控制器的迅速发展,同时也提高了断路器的自动化程度和智能化水平。

在传统断路器的基础上,设计具有自动化、智能化、模块化和更多保护功能的智能直流断路器具有工程实用价值。

本文对比并分析了国内外多种类型直流断路器研究现状,提出采用基于大功率电力电子器件和真空高速开关相结合的新型混合式直流断路器主电路结构,采用PIC(Peripheral Interface Controller)单片机和CPLD(Complex Programmable Logic Device)为控制核心芯片,以CAN(Contoller Area Network)总线通信与上位机相互传输数据,用ARM(Advanced RISC Machines)芯片来处理CAN通信和故障信息等数据来构建智能控制器的总体设计方案。

文中首先给出了一种新型的直流断路器的主回路设计方案,该方案采用了混合式的结构和强迫换流思想,并对关断电路、主开关和吸能限压支路进行了原理分析和设计。

然后按照模块化的设计思想详细介绍了控制器主要功能模块的工作原理和设计方案:采用CPLD、高速比较器组成的硬件电路处理短路故障,由PIC单片机与CPLD组成的软、硬件共同来处理过载等其它故障,采用AD7606来实现了高精度的外部AD采样,通过CAN总线通信与上位机通讯,以铁电存储器来存储故障信息,用ARM芯片来处理电路故障信息和CAN通信信息等数据,再与PIC单片机进行数据交换,完成了控制模块、通讯模块和相关硬件电路的设计,在研究保护、测量方法和实现原理的基础上,进行了软件的模块化设计和上位机监控界面的制作,满足了断路器智能化的功能要求。

专利名称：具有电流自转移功能的混合式直流断路器及其控制方法
专利类型：发明专利
发明人：牛博,成林,李新,杨鼎革,王森,吴经锋,丁彬,韩彦华,李文慧,冯南战,薛军,刘子瑞,谷永刚,李鹏程,袁福祥,万
康鸿,左坤,李良书,师一卿,王辰曦,吴子豪,王洪佑,吴
益飞,杨飞,张晓兰,高健,徐丹,郭璨
申请号：CN202110230261.2
申请日：20210302
公开号：CN112803356A
公开日：
20210514
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种具有电流自转移功能的混合式直流断路器及其控制方法，所述混合式直流断路器并联连接的主电流回路、固态开关支路和能量耗散支路；所述主电流回路包括串联连接的高速机械开关和液态金属单元；所述固态开关支路包括一个固态开关组件或多个串联连接的固态开关组件，所述固态开关组件包括反向串联的两个全控型功率半导体器件，每个全控型功率半导体器件的两端均反并联有二极管，每个全控型功率半导体器件的两端均并联有第一支路，所述第一支路包括串联的电容和电阻；所述能量耗散支路包括避雷器。

本发明的新型电流转移直流断路器具有电流转移速度快、开断能力强、断口恢复特性好等特点。

申请人：国网陕西省电力公司电力科学研究院,国家电网有限公司
地址：710054 陕西省西安市长安区航天中路669号
国籍：CN
代理机构：西安通大专利代理有限责任公司
代理人：范巍
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专利名称：混合式直流断路器专利类型：发明专利
发明人：M·B·J·莱乌森坎普
申请号：CN202110123898.1申请日：20210129
公开号：CN112751313A
公开日：
20210504
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种混合式直流断路器，包括：连接在第一电流支路上的机械开关；以及连接在第二电流支路上的半导体开关和强制谐振注入电路，强制谐振注入电路包括第一和第二端子，强制谐振注入电路的第一端子连接至半导体开关的一端，且第二端子和半导体开关的另一端连接至机械开关的两端；其中，当机械开关在断开的过程中，半导体开关被控制为导通，同时强制谐振注入电路被控制为向所述机械开关注入与所述机械开关中的电流方向相反且逐渐增加的注入电流，以使得所述机械开关中的电流在预定的换向时间内逐渐降低为零且将电流从第一电流支路换向至所述第二电流支路。

本发明的混合式直流断路器能够安全、可靠地断开任一方向的故障和负载电流。

申请人：伊顿电气有限公司
地址：215121 江苏省苏州市苏州工业园区娄阳路2号
国籍：CN
代理机构：北京泛华伟业知识产权代理有限公司
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第47卷第23期电力系统保护与控制Vol.47 No.23 2019年12月1日Power System Protection and Control Dec. 1, 2019 DOI: 10.19783/ki.pspc.190048应用附加电容的柔性直流输电线路自适应重合闸策略黄 越1，李凤婷1，易 鹏2，周嘉阳3，冯小萍4(1.可再生能源发电与并网技术教育部工程研究中心(新疆大学)， 新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐 830047；2.中国能源建设集团新疆电力设计院有限公司，新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐 830002；3.国网江西电力有限公司吉安供电分公司，江西 吉安 343000；4.国网新疆电力有限公司继电保护处，新疆维吾尔自治区 乌鲁木齐 830018)摘要：针对柔性直流输电线路在故障跳闸后线路健全极与故障极不存在耦合关系和基于感应电气量变化特征的重合闸判据难以适用的问题，提出一种基于附加电容放电电压变化特征的柔性直流输电线路自适应重合闸策略。

在直流线路跳闸后投入附加电容器，构建附加电容放电的数学模型，分析故障消失前后附加电容放电电压特征的差异。

结合该差异设计出能有效识别永久性故障和瞬时性故障的柔性直流线路故障性质识别新判据，基于此故障性质识别判据实现对线路的重合闸。

最后利用PSCAD/EMTDC平台搭建了线路模型，仿真验证了所提柔性直流输电线路自适应重合闸策略的有效性与可靠性。

关键词：柔性直流输电线路；附加电容器；故障性质判别；直流自适应重合闸Adaptive reclosure scheme of MMC-HVDC transmission lines using additional capacitorsHUANG Yue1, LI Fengting1, YI Peng2, ZHOU Jiayang3, FENG Xiaoping4(1. Engineering Research Center for Renewable Energy Power Generation and Grid Technology (Xinjiang University),Ministry of Education, Urumqi 830047, China; 2. China Energy Engineering Group Xinjiang Electric Power InstituteCO., LTD., Urumqi 830002, China; 3.Ji’an Power Supply Company, State Grid Jiangxi Electric Power Company,Ji’an 343000, China; 4. Relay Protection Department, State Grid Xinjiang Electric Power Co., Ltd., Urumqi 830018, China)Abstract: For the MMC-HVDC transmission line after the faulty trip, there is no coupling relationship between the line integrity pole and the fault pole, which makes the reclosing criterion based on characteristics of induced electrical quantities are difficult to apply. Thus an adaptive reclosing strategy for MMC-HVDC transmission lines based on the characteristics of additional capacitor discharge voltage variation is proposed. The additional capacitor is switched on after the DC line trips to construct the mathematical model of the additional capacitor discharge and then analyze the difference of the characteristics of the additional capacitor discharge voltage when there is fault and the fault disappears.Combined with the difference,a new criterion for fault property identification of the flexible DC line is designed to determine the permanent fault or the transient fault. Based on the fault characteristic identification method, the reclosing of the line is realized. Finally, the circuit model is built based on PSCAD/EMTDC to verify the validity and reliability of the adaptive reclosing strategy of the MMC-HVDC transmission line.This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 51877185).Key words: MMC-HVDC; additional capacitors; fault characteristic identification; DC adaptive reclosure0 引言柔性直流输电技术与传统直流输电技术相比，在可靠换相、灵活控制、电能质量等方面具有明显基金项目：国家自然科学基金项目资助(51877185) 的优势[1-7]。

基于混合式断路器的直流电网保护方案研究【摘要】本文旨在研究基于混合式断路器的直流电网保护方案。

在介绍了研究背景，研究意义和研究目的。

在对直流电网保护技术进行了概述，详细分析了混合式断路器的原理，并设计了基于混合式断路器的直流电网保护方案，进行了仿真验证和实际应用案例分析。

在总结了研究成果，展望了未来研究方向，并提出了对未来发展的建议。

本研究结果对于提高直流电网的稳定性和安全性具有重要意义，为未来直流电网的发展提供了有益参考。

【关键词】直流电网、保护方案、混合式断路器、研究、技术概述、原理分析、设计、仿真验证、应用案例分析、研究成果、展望、建议、实验数据、电力系统、可靠性、安全性、自动化、节能、绿色能源、可再生能源。

1. 引言1.1 研究背景直流电网是随着可再生能源的快速发展而逐渐成为研究热点的领域。

随着直流电网规模的不断扩大，直流系统中的故障问题也日益凸显。

传统的直流电网保护技术已经不能完全满足当前大规模直流电网的保护需求，因此需要不断创新和研究新的保护方案。

目前，基于混合式断路器的直流电网保护方案备受关注。

混合式断路器结合了传统断路器和电子开关的优点，能够实现快速的故障隔离和保护响应。

通过对混合式断路器原理的分析和研究，可以为直流电网的保护提供更加可靠和高效的解决方案。

本研究旨在通过对直流电网保护技术的概述、混合式断路器原理分析和基于混合式断路器的直流电网保护方案设计进行深入研究，结合仿真验证和实际应用案例分析，探讨如何有效地保护大规模直流电网系统。

通过本研究的开展，有望为直流电网保护领域提供新的思路和解决方案。

1.2 研究意义直流电网在近年来得到了越来越广泛的应用，而直流电网的保护技术一直是直流电网研究的热点之一。

直流电网相较于传统交流电网具有输电效率高、调控灵活等优点，但在保护方面也存在一些挑战。

研究直流电网的保护技术对于提高直流电网的安全性和稳定性具有重要意义。

本文旨在通过对基于混合式断路器的直流电网保护方案的研究，探索直流电网保护技术的新发展方向，提高直流电网的安全性和稳定性，推动直流电网技术的进一步发展。

基于混合式断路器的直流电网保护方案研究【摘要】本研究基于混合式断路器的直流电网保护方案进行了深入探讨。

首先介绍了混合式断路器的基本原理，然后分析了直流电网保护的现状。

接着提出了基于混合式断路器的直流电网保护方案设计，并进行了方案实施与效果评估。

最后对方案的优势与不足进行了详细分析，并探讨了混合式断路器在直流电网保护中的应用前景。

同时展望了未来研究方向，总结了研究结论。

本研究的结果有望为直流电网保护领域提供新的思路与方法，推动该领域的发展。

【关键词】直流电网，混合式断路器，保护方案，研究，设计，实施，效果评估，优势，不足，应用前景，展望，总结1. 引言1.1 研究背景本研究旨在探讨基于混合式断路器的直流电网保护方案，通过对混合式断路器的基本原理和直流电网保护现状进行分析，设计出适用于直流电网的保护方案，并对其实施效果进行评估。

探讨该方案的优势和不足之处，为混合式断路器在直流电网保护中的应用提供参考。

1.2 研究意义研究基于混合式断路器的直流电网保护方案，不仅可以提高直流电网的安全性和可靠性，还可以有效解决目前直流电网保护存在的问题和挑战。

通过深入研究混合式断路器的基本原理和直流电网保护的现状，设计出切实可行的直流电网保护方案，并评估其实施效果，可以为电力系统的运行和管理提供可靠的技术支持。

本研究具有重要的理论和实践意义。

通过对基于混合式断路器的直流电网保护方案的研究，不仅可以推动直流电网保护技术的发展，还可以为直流电网的安全稳定运行提供更加可靠的技术支持，促进电力系统的发展和进步。

1.3 研究目的研究目的是为了探讨基于混合式断路器的直流电网保护方案，从而提高直流电网的安全性和可靠性。

通过研究混合式断路器的基本原理和直流电网保护的现状，可以为设计和实施新的保护方案提供理论支持和技术指导。

对于基于混合式断路器的直流电网保护方案的实施与效果评估，可以评估其在实际工程中的应用效果和优势。

通过总结方案的优势与不足，可以为今后在直流电网保护领域的研究和发展提供参考和借鉴。

断路器机构与自适应重合闸的配合郭又华;赵俊;朱雨【摘要】超高压电网快速发展,同塔双回输电线逐步推广使用,断路器机构与自适应重合闸的配合必须重视.论述了同塔双回输电线自适应重合闸的基本策略,分析了某液压机构断路器的合闸回路及合闸低油压闭锁回路,提出了该断路器液压机构与自适应重合闸配合方面存在的问题,详细分析了自适应重合闸动作失败的原因,并提出了相关解决方案.【期刊名称】《四川电力技术》【年(卷),期】2011(034)005【总页数】4页(P71-73,76)【关键词】断路器;自适应重合闸;配合【作者】郭又华;赵俊;朱雨【作者单位】四川省电力公司超(特)高压运行检修公司,四川成都610041;四川省电力公司超(特)高压运行检修公司,四川成都610041;成都电业局继电保护所,四川成都610021【正文语种】中文【中图分类】TM8620 引言大容量机组或电厂由于种种原因通常位于远离负荷中心的地方，这就需要将产生的大量电能进行长距离传输，并且要求很高的输电电压［1］。

部分地区为了缓解输送容量增加和输电线路通道资源减少的矛盾，同时控制建设成本，逐渐较多地使用500 kV同塔双回输电线路。

500 kV同塔双回输电线路断面潮流大，需要采取多种措施以提高电网稳定运行水平。

就继电保护而言，目前同塔双回输电线路多采用自适应重合闸技术，以提高重合闸成功率，尤其是减小同塔双回输电线路跨线故障以及相间故障对系统的影响。

从国内外的研究情况来看，已经基本解决了断路器机构与常规重合闸的配合问题［2，3］。

而随着自适应重合闸技术的广泛推广应用，已经发现有断路器二次回路与自适应重合闸配合不当发生重合闸误动的行为发生，因此断路器机构如何与自适应重合闸逻辑配合应引起关注。

某变电站500 kV一次设备为HGIS配电装置，采用液压机构断路器。

因多回出线为同塔双回线路，根据同塔双回输电线使用自适应重合闸的要求，配置了南京南瑞继保公司的RCS-931E线路保护、RCS-921C断路器保护以及CZX-22R型操作箱。

基于改进直流断路器注入信号的柔直电网自适应重合闸方案张大海;杨宇辰;梁晨光;李猛;刘艳梅;和敬涵
【期刊名称】《电力系统自动化》
【年(卷),期】2022(46)8
【摘要】采用架空线路的柔性直流电网容易发生瞬时性故障,需要配置快速、可靠的重合闸方案。

常规的自动重合闸方案缺乏对故障性质的预判,而基于换流器注入信号的故障性质判别方法不利于多端直流电网的功率传输。

针对上述问题,提出一种适用于混合式直流断路器的RCT型缓冲电路(由电阻、电容、晶闸管构成),增加主动信号注入模式来实现自适应重合闸,避免信号产生过程对多端直流电网功率传输的稳定性造成影响。

在此基础上,详细推导限流电抗器的衰减作用,合理选取注入电压脉冲的宽度;进一步提出基于行波保护信息的注入信号幅值自适应调整策略,提高故障性质判别方法的耐受过渡电阻能力。

大量仿真算例验证了所提重合闸方案的可行性和优越性。

【总页数】10页(P123-132)
【作者】张大海;杨宇辰;梁晨光;李猛;刘艳梅;和敬涵
【作者单位】北京交通大学电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM7
【相关文献】
1.利用直流断路器实现柔直换流器直流侧在线并网
2.基于混合式直流断路器的柔性直流架空线路单极接地故障重合闸方案
3.张北柔直电网直流分压器二次电压测量异常引起误闭锁机理分析及改进措施
4.直流断路器对张北柔直电网中单极接地过电压的影响分析
5.基于模型校核的柔性直流输电线路自适应重合闸方案
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基于混合式断路器的直流电网保护方案研究杨蒙发布时间：2021-09-10T06:01:14.813Z 来源：《中国科技人才》2021年第17期作者：杨蒙[导读] 基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter， MMC）的高压直流输电（highvoltage directcurrent， HVDC）将是未来直流电网重要发展方向之一。

相比电缆输电，长距离架空线输电成本低，而直流故障隔离是在架空线路上应用柔性直流输电的棘手问题。

国网山西省电力公司检修分公司山西太原 030032摘要：基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter， MMC）的高压直流输电（highvoltage directcurrent， HVDC）将是未来直流电网重要发展方向之一。

相比电缆输电，长距离架空线输电成本低，而直流故障隔离是在架空线路上应用柔性直流输电的棘手问题。

首先，研究混合高压直流断路器的直流故障处理方案，提出基于直流电网的3种保护方案，包括线路差动保护，母线差动保护和后备保护;其次，结合实际工程中的现有技术，论述选取参数的原则，采用架空线输电方式搭建了具有混合直流断路器的多端直流电网仿真平台并进一步验证了所提出方案的可行性和有效性。

最后，通过仿真分析表明，混合高压直流断路器能够在数ms 之内断开故障电流，所提出的3种保护方案能够自动、快速、有选择性地隔离故障，且无故障部分正常运行。

关键词：混合高压直流断路器；直流电网；保护；模块化多电平换流器随着智能电网的发展，直流电网技术的应用将日渐受到社会关注。

通过高压大容量的直流电网技术可有效推动全球能源互联网的发展，提升我国供电质量。

在此过程中，直流电网运行故障作为电路管理中必须要面对的客观事实，技术人员应当加强对直流电网的研究。

对于直流电网运行过程中，直流断路器的应用可有效降低直流电网运行风险，并及时切除故障，减小故障范围。

第48卷第13期电力系统保护与控制Vol.48 No.13 2020年7月1日Power System Protection and Control Jul. 1, 2020 DOI: 10.19783/ki.pspc.191115基于电压源换流器的多端柔性直流输电系统拟交流最优潮流张 爽1，李宏强1，王 峰2，牛琳琳2(1.国网宁夏电力公司电力科学研究院，宁夏 银川 750002；2.中国电力科学研究院有限公司，北京 100192)摘要：为便于求解含多端柔性直流输电系统的最优潮流，提出一种拟交流最优潮流计算方法。

通过分析电压源换流器的工作原理，建立了计及换流站有功损耗的交流电源型等值电路。

针对系统直流网络部分设定约束条件，将其等效为特殊的交流网络。

为降低计算复杂度，对换流站的能量耦合方程进行了线性化处理。

基于此，含多端柔性直流系统可视为纯交流系统并进行潮流计算。

考虑到交流系统最优潮流问题具有非凸特性，将其最优潮流模型松弛为半定规划模型。

实验结果表明，所述方法能够有效求解多端柔性直流系统最优潮流问题。

关键词：多端直流；最优潮流；拟交流；换流站有功损耗；半定规划Quasi-AC optimal power flow for voltage source converter-based multi-terminal DC systemZHANG Shuang1, LI Hongqiang1, WANG Feng2, NIU Linlin2(1. State Grid Ningxia Electric Power Research Institute, Yinchuan 750002, China;2. China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China)Abstract: A quasi-AC Optimal Power Flow (OPF) solution is proposed to solve the OPF problem of a V oltage Source Converter-based Multi-Terminal DC (VSC-MTDC) system. By analyzing the principle of the VSC, an equivalent model considering the loss of the VSC station is established with AC power supply. Constraints are added to the DC grid to equate it to the special AC grid. The energy coupling equation of the VSC is linearized to simplify the difficulty. Based on the above, the power flow of a VSC-MTDC system can be calculated as an AC system. Since the OPF problem of an AC system is non-convex, the OPF model is relaxed to a semi-definite programming model. The test result shows that the proposed method can solve the OPF problem of a VSC-MTDC system.This work is supported by National Key Research and Development Program of China (No. 2018YFB0904503) and Scientific and Technological Project of State Grid Ningxia Electric Power Co., Ltd. (No. JA29DK190001).Key words: multi-terminal DC; optimal power flow; quasi-AC; loss of VSC; semi-definite programming0 引言近年来，柔性直流输电技术在向多端化和网络化的方向发展[1-3]，相比于传统点对点输送功率的两端直流，基于电压源换流器的多端柔性直流系统(V oltage Source Converter Based Multi-terminal DC, VSC-MTDC)在实现多点供电、多点受电方面具有显著优势，同时潮流调控更为灵活可靠[4-6]。