特許 7095926 インバーター側高電圧交流送電線の単相自己適応再閉路の改善方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-27

(45)【発行日】2022-07-05

(54)【発明の名称】インバーター側高電圧交流送電線の単相自己適応再閉路の改善方法

(51)【国際特許分類】

   H02H 3/06 20060101AFI20220628BHJP

   H02J 3/36 20060101ALI20220628BHJP

【ＦＩ】

H02H3/06 A

H02J3/36

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2021120591

(22)【出願日】2021-07-21

(65)【公開番号】P2022021346

(43)【公開日】2022-02-02

【審査請求日】2021-07-21

(31)【優先権主張番号】202010704278.2

(32)【優先日】2020-07-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】520031405

【氏名又は名称】天津大学

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．９２ Ｗｅｉｊｉｎ Ｒｏａｄ， Ｎａｎｋａｉ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００７２， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】李 永麗

(72)【発明者】

【氏名】宋 金▲ざおう▼

(72)【発明者】

【氏名】張 云柯

【審査官】宮本 秀一

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第８７４４６３７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】中国特許出願公開第１０２８６８１３７（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９３０９３８０（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｈ１／００－３／０７

Ｈ０２Ｈ９９／００

Ｈ０２Ｊ３／００－５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インバーター側高電圧交流送電線の単相自己適応再閉路の改善方法であって、下記のステップを含み、
（１）電圧変流器を用いてインバーター側変流母線電圧をリアルタイムで取得し、
（２）インバーター側交流システムの単相接地故障が発生しトリップ後、高速フーリエアルゴリズムを使用して変流母線の電圧振幅数値Uを計算し、半サイクルのUのピーク値とバレー値の差をリアルタイムで計算し、ΔUに設定し、
（３）変流母線の電圧をU_Bに設定し、設定値Gを4％U_Bに設定し、ΔUをGと比較し、ΔUがGより大きい場合は単相自己適応再閉路を閉鎖し、Gより小さい場合は単相自己適応再閉路を開放し、故障の性質を区別し、
（４）並列リアクトルのない交流架空送電線の場合、次の単相適応再閉路基準が採用され、一時的な故障の場合は回復電圧の振幅が高く、永久的な故障の場合は回復電圧の振幅が低いという現象に回復して設定値U_DZを設定し、
U_DZ=K_kU_xl
上記の式では、K_kは信頼性係数であり、1.2として、U_xlは最大負荷条件の2相動作時の故障相誘導電圧で、測定した電圧がU_DZより大きい場合は一時的故障と判定し、
並列リアクトルを有する交流架空送電線の場合、次の単相自己適応再閉路基準が採用され、送電線に一時的な故障が発生した場合、回復電圧にはビート周波数特性があり、各ビートサイクルでの関係は次のとおりであり、
U_max-U_min=2U₁＞U_xL/2
上記の式で、U_maxとU_minはそれぞれ、各ビートサイクルの回復電圧の最大値と最小値であり、U_xLは切断された相の電磁結合電圧であり、送電線に永久的な故障が発生した場合、回復電圧ビート周波数特性はなく、各ビートサイクルでの関係は次のとおりであり、
U_max-U_min=0＜＜U_xL/2
設定値U_DZをU_xL/2に設定し、(U_max-U_min)を計算して設定値U_DZと比較し、故障の性質を区別するようにする、ことを特徴とするインバーター側高電圧交流送電線の単相自己適応再閉路の改善方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インバーター側高電圧交流送電線の単相自己適応再閉路の改善基準に関する。

【背景技術】

【0002】

単相自己適応再閉路技術は、サーキットブレーカーが閉じる前に交流架空送電線の故障の性質を識別できるため、瞬間的な故障が消えた後にサーキットブレーカーが再び閉じ、永久的な故障の場合は再び閉じないから、電源システムの電源の信頼性を向上させる。同期電源の純粋な交流システムについて、国内外の学者はさまざまな単相自己適応再閉路基準を与えており、これらの基準は故障の性質をより正確に識別することができる。近年、直流送電技術が広く利用されており、我が国は現在、世界最大で、運転状況が最も復雑な交流・直流ハイブリッドシステムを構築している。インバーター側で単相地絡が発生した後の交流・直流ハイブリッドシステムの電気的特性は、同期電源の純粋な交流システムとは異なる。具体的には、純粋な交流システムは、単相接地故障が発生してトリップした後に位相を切断して回復する電圧の振幅は変動しないのに対し、インバーター側の高電圧交流システムは、単相接地故障が発生してトリップした後に位相を切断して回復する電圧の振幅は、位相スイッチング失敗と直流制御システムの非線形調整の影響を受けて短い時間の変動がある。この違いにより、インバーター側の高電圧交流送電線に適用されるいくつかの単相適応一致基準が発生し、故障の性質を正確に特定できなくなる。従来の単相自己適応再閉路基準がインバーター側高圧交流送電線に適用できないという問題については、対応策を示す文献はない。

【発明の概要】

【0003】

上記問題により、本発明は、インバーター側高電圧交流送電線に適合する単相自己適応再閉路の改善基準を与える。本発明の技術的提案は以下の通りである。

【0004】

インバーター側高電圧交流送電線に適合する単相自己適応再閉路の改善方法は、次のステップを含む。

【0005】

（1）電圧変流器を用いてインバーター側変流母線電圧をリアルタイムで取得する。

【0006】

（2）インバーター側交流システムの単相接地故障が発生しトリップ後、高速フーリエアルゴリズムを使用して変流母線の電圧振幅数値Uを計算し、半サイクルのUのピーク値とバレー値の差をリアルタイムで計算しΔUに設定する。

【0007】

（３）変流母線の電圧をU_Bに設定し、設定値Gを4％U_Bに設定し、ΔUをGと比較する。ΔUがGより大きい場合は単相自己適応再閉路を閉鎖し、Gより小さい場合は単相自己適応再閉路を開放し、故障の性質を区別する。

【0008】

（4）並列リアクトルのない交流架空送電線の場合、次の単相適応再閉路基準が採用される。一時的な故障の場合は回復電圧の振幅が高く、永久的な故障の場合は回復電圧の振幅が低いという現象に回復して設定値U_DZを設定する。
U_DZ=K_kU_xl

【0009】

上記の式では、K_kは信頼性係数であり、1.2として、U_xlは最大負荷条件の2相動作時の故障相誘導電圧とし、測定した電圧がU_DZより大きい場合は一時的故障と判定する。

【0010】

並列リアクトルを有する交流架空送電線の場合、次の単相自己適応再閉路基準が採用される。送電線に一時的な故障が発生した場合、回復電圧にはビート周波数特性があり、各ビートサイクルでの関係は次のとおりである。
U_max-U_min=2U₁＞U_xL/2

【0011】

上記の式で、U_maxとU_minはそれぞれ、各ビートサイクルの回復電圧の最大値と最小値であり、U_xLは切断された相の電磁結合電圧である。送電線に永久的な故障が発生した場合、回復電圧ビート周波数特性はない。各ビートサイクルでの関係は次のとおりである。
U_max-U_min=0＜＜U_xL/2

【0012】

設定値U_DZをU_xL/2に設定し、(U_max-U_min)を計算して設定値U_DZと比較し、故障の性質を区別するようにする。

【0013】

本発明は上記の技術スキームを採用し、以下の利点を有する。それは、インバーター側の高圧交流送電線に適した単相自己適応再閉路の改善された基準を提供する。インバーター側の単相接地故障に対して、改善された基準は、故障の性質を正確に識別できることで、AC-DC相互接続システムの安全で安定した動作を保証する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】並列リアクトルを使用しない架空送電線の単相自己適応再閉路の改善基準の故障の故障特性判別フローチャートである。

【図2】並列リアクトルを備えた架空送電線の単相自己適応再閉路の改善基準の故障の故障特性判別フローチャートである。

【図3】Yun-Gguang UHVDCシステムの構造を示す図である。

【図4】無並列リアクトル架空送電線の一時的な故障時のスイッチング母線の電圧振幅である。

【図5】無並列リアクトルによる架空送電線の永久的な故障時のスイッチング母線電圧の振幅を示す図である。

【図6】並列リアクトルを備えた架空送電線の一時的な故障時のスイッチング母線電圧の振幅である。

【図7】並列リアクトルを備えた架空送電線の永久的な故障時のスイッチング母線電圧の振幅を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

Yun-Gguang UHVDCシステムモデルの次の4つの故障計算例を使用して、並列リアクトルのない交流線と並列リアクトルのある交流線で一時的かつ永久的な接地故障が発生した場合の本発明の具体的な実施方法を紹介する。

【0016】

計算例1:Yun-Guang UHVDC高電圧直流系統のインバーター側の1回交流送電線は長さは100kmであり、並列リアクトルを持っていないで、そのA相は一時的な単相接地故障が発生して、故障位置は線の中点であった。故障発生時刻は1.0sで、故障は0.1s続き、A相ブレーカは1.06sでトリップし、故障は1.1sで消失した。改善された単相自己適応再閉路の基準の実施プロセスは以下の通りである。

【0017】

（１）電圧変流器を用いてインバーター側変流母線電圧をリアルタイムで取得した。

【0018】

（２）インバーター側交流システムの単相接地故障が発生しトリップ後、高速フーリエアルゴリズムを使用して変流母線の電圧振幅数値Uを計算し、振幅曲線を図4に示す。図には丸点がピークポイントで、三角形はバリューポイントである。変流母線電圧振幅数値のピーク値Uとバレー値の差としてのΔUを計算した。

【0019】

（３）Yun-Gguang UHVDC高圧直流インバーター側の交流システムの定格電圧は525kV、設定値Gは21kVであり、ΔUをGと比較した。単相トリップの初期段階で、ΔUがGより大きい場合、単相自己適応再閉路基準とする。位相スイッチングプロセスの回復につれて、ΔUが徐々に減少する。ΔUがGより小さい場合は単相自己適応再閉路基準を開放した。図4では、単相自己適応再閉路の開始基準が矢印で示されている。

【0020】

（４）位相回復電圧振幅値をオフに基づく基準を使用して、故障の性質を区別した。このモデルでは、故障バイパスの最大負荷電流は4.41kAであり、2相動作中の最大ゼロシーケンス電流は0.85kAであり、ラインパラメータによってU_xl=49.9kV、K_kが1.2と計算でき、U_DZ=59.88kVになる。切断された相の回復電圧は66.1kVと測定され、これはU_DZよりも大きい。したがって、故障の性質を一時的な故障と判定することができた。判定結果はシミュレーション条件と一致した。

【0021】

計算例2：Yun-Gguang UHVDC高電圧直流システムのインバーター側の1回路交流送電線が100kmの長さで、並列リアクトルがなく、そのA相に永久的な単相接地故障が発生して、故障位置が中間点であった。故障発生時刻は1.0sで、遷移抵抗は2Ω、A相サーキットブレーカーは1.06秒でトリップする。改良された単相自己適応再閉路法の実装プロセスは次のとおりである。

【0022】

（1）電圧変流器を用いてインバーター側変流母線電圧をリアルタイムで取得した。

【0023】

（２）インバーター側交流システムの単相接地故障が発生しトリップ後、高速フーリエアルゴリズムを使用して変流母線の電圧振幅数値Uを計算し、振幅曲線を図５に示す。図には丸点がピークポイントで、三角形はバリューポイントである。変流母線電圧振幅数値のピーク値Uとバレー値の差としてのΔUを計算した。

【0024】

（３）Yun-Gguang UHVDC高圧直流インバーター側の交流システムの定格電圧は525kV、設定値Gは21kVであり、ΔUをGと比較した。単相トリップの初期段階で、ΔUがGより大きい場合、単相自己適応再閉路基準とする。位相スイッチングプロセスの回復につれて、ΔUが徐々に減少する。ΔUがGより小さい場合は単相自己適応再閉路基準を開放する。図５では、単相自己適応再閉路の開始基準が矢印で示されている。

【0025】

（4）位相回復電圧振幅値をオフに基づく基準を使用して、故障の性質を区別した。このモデルでは、故障バイパスの最大負荷電流は4.41kAであり、2相動作中の最大ゼロシーケンス電流は0.85kAであり、ラインパラメータによってU_xl=49.9kV、K_kが1.2と計算でき、U_DZ=59.88kVになる。切断された相の回復電圧は3.7kVと測定され、これはU_DZよりも大きい。したがって、故障の性質を永久的な故障と判定することができた。判定結果はシミュレーション条件と一致した。

【0026】

計算例3：Yun-Guang UHVDC高電圧直流システムのインバーター側の1回路交流送電線が358kmの長さで、両端に並列リアクトルを備えて、そのA相に一時的な単相接地故障が発生して、故障位置は変流母線から322kmであり、故障発生時刻は1.0sであり、遷移抵抗は2Ωであり、A相サーキットブレーカーは1.06秒でトリップする。故障は1.1sで消失した。改良された単相自己適応再閉路法の実装プロセスは次のとおりである。

【0027】

（１）電圧変流器を用いてインバーター側変流母線電圧をリアルタイムで取得した。

【0028】

（２）インバーター側交流システムの単相接地故障が発生しトリップ後、高速フーリエアルゴリズムを使用して変流母線の電圧振幅数値Uを計算し、振幅曲線を図６に示す。図には丸点がピークポイントで、三角形はバリューポイントである。変流母線電圧振幅数値のピーク値Uとバレー値の差としてのΔUを計算した。

【0029】

（３）Yun-Gguang UHVDC高圧直流インバーター側の交流システムの定格電圧は525kV、設定値Gは21kVであり、ΔUをGと比較する。単相トリップの初期段階で、ΔUがGより大きい場合、単相自己適応再閉路基準とした。位相スイッチングプロセスの回復につれて、ΔUが徐々に減少した。ΔUがGより小さい場合は単相自己適応再閉路基準を開放した。図６では、単相自己適応再閉路の開始基準が矢印で示されている。

【0030】

【0031】

計算例４：Yun-Guang UHVDC高電圧直流システムのインバーター側の1回路交流送電線が358kmの長さで、両端に並列リアクトルを備えて、そのA相に永久的な単相接地故障が発生して、故障位置は変流母線から322km。故障発生時刻は1.0sで、遷移抵抗は2Ω、A相サーキットブレーカーは1.06秒でトリップした。改良された単相自己適応再閉路法の実装プロセスは次のとおりである。

【0032】

（1）電圧変流器を用いてインバーター側変流母線電圧をリアルタイムで取得した。

【0033】

（２）インバーター側交流システムの単相接地故障が発生しトリップ後、高速フーリエアルゴリズムを使用して変流母線の電圧振幅数値Uを計算し、振幅曲線を図7に示す。図には丸点がピークポイントで、三角形はバリューポイントである。変流母線電圧振幅数値のピーク値Uとバレー値の差としてのΔUを計算した。

【0034】

（３）Yun-Gguang UHVDC高圧直流インバーター側の交流システムの定格電圧は525kV、設定値Gは21kVであり、ΔUをGと比較した。単相トリップの初期段階で、ΔUがGより大きい場合、単相自己適応再閉路基準とした。位相スイッチングプロセスの回復につれて、ΔUが徐々に減少する。ΔUがGより小さい場合は単相自己適応再閉路基準を開放した。図7では、単相自己適応再閉路の開始基準が矢印で示されている。

【0035】

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】