CN103066557B - 一种模块化多电平柔性直流系统直流故障过电压抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模块化多电平柔性直流系统直流故障过电压抑制方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：A、检测直流线路故障；B、检测到故障后，降低直流电压设定参数水平；C、设定送端站传输功率反向；D、闭锁换流阀；E、跳开直流线路断路器。该方法有效降低直流线路单极接地故障下的过电压水平，从而降低了对直流场设备和换流阀的绝缘设计要求，有效降低系统绝缘造价，优化了系统相关性能。

Description

一种模块化多电平柔性直流系统直流故障过电压抑制方法
技术领域
本发明涉及一种直流线路故障下应用的控制方法，具体涉及一种模块化多电平柔性直流系统直流故障过电压抑制方法。
背景技术
柔性直流技术相对于常规直流技术来说，其谐波含量低，不需要滤波器，能够灵活的控制有功和无功输出，不需要无功补偿装置，同时不会发生换相失败，占地小，各方面的优异性能使其受到较多的关注，近年来，模块化多电平技术的产生更为柔性直流技术提出了一种更易于扩展的拓扑结构，因此，世界上的柔性直流工程量呈现爆发性的增长，我国的柔性直流技术也有了长足的进步。
模块化多电平换流器由6个桥臂组成，每个桥臂由多个子模块（Submodule,SM）串联而成，子模块是由两个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)及电容器组成的半桥结构，其工作原理是通过IGBT器件的开通和关断，将电容投入电路或者退出电路，合理的控制多个子模块的投入和退出，就可以在交直流侧形成稳定的电压，从而形成稳定的系统工作点进行功率传输。由于采用叠加逼近的方法，其谐波含量很低，没有无功需求，性能较现有的常规直流技术相对灵活。
与常规直流输电技术相比，柔性直流输电技术价格相对昂贵，这是因为柔性直流采用IGBT器件，同时，为了降低直流线路故障概率，目前的系统大多采用电缆输电技术，两者的价格均相对较高。因此，合理的设计系统参数，提出有效的方法降低设备参数要求裕度，就成为降低系统造价的关键因素。
直流线路单极对地故障是对柔性直流电缆耐压要求相对较高的几种故障之一。现有的柔性直流输电技术采用单极对称结构，正常运行时，柔性直流含有两根电缆，正极电缆的对地电压为+Ud/2，负极电缆的对地电压为-Ud/2，均为电缆的额定电压水平，然而，当发生直流线路单极对地故障时，故障极电缆通过故障点放电，电位被迅速箝位为零，此时，由于换流阀由多组电容串联而成，健全极电缆的电压会被该电容迅速充电，经过一定的暂态过程箝位为额定值的2倍，更严重的是，在暂态过程中，由于电缆被震荡充电，该过电压甚至接近额定值的3倍，对电缆的耐压水平提出了很大的要求，如果不采取其他措施，即使安装避雷器，其过压水平仍在2倍以上，处于相对较高的水平。这种过电压必须通过一定的手段抑制来降低设备的绝缘要求，从而减小系统造价及占地等。
可参考的原有解决方案仅有常规直流的过压保护措施，其一般采取的措施是通过控制保护策略，结合避雷器设计来抑制故障下的过电压水平。
然而，由于常规直流的过电压原理和柔性直流截然不同，其故障保护策略设计也完全不同，因此两者不可能套用相应的控制保护策略设计和相应的抑制措施。
对于柔性直流技术本身来说，目前报导的传统的解决方案一般为：首先通过相应的电压电流变化趋势确定故障类型，然后将闭锁脉冲发送到换流阀，从而实现换流阀的闭锁，最后系统发送跳闸命令至交流断路器，跳开断路器隔离故障。相应故障下的过电压通过各个位置的避雷器动作配合来进行抑制。
该方法的问题在于，由于充电电压过高，造成即使避雷器动作，能够抑制到的过压水平仍然不尽如人意，同时即使在闭锁跳闸以后，直流设备仍然要长时间承受残留的电缆电压，因此通过更合理有效的措施来降低过电压，极为必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种模块化多电平柔性直流系统直流故障过电压抑制方法，该方法有效降低直流线路单极接地故障下的过电压水平，从而降低了对直流场设备和换流阀的绝缘设计要求，有效降低系统绝缘造价，优化了系统相关性能。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种模块化多电平柔性直流系统直流故障过电压抑制方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：
A、检测直流线路故障；
B、检测到故障后，降低直流电压设定参数水平；
C、设定送端站传输功率反向；
D、闭锁换流阀；
E、跳开直流线路断路器。
其中，所述步骤A中，通过检测直流线路正负极电压和正负极电流参数数值的变化，或正负极电压和正负极电流参数上升速率的变化来检测故障；所述故障为单极接地故障。
其中，所述步骤B中，检测到故障以后，通过模块化多电平柔性直流系统的控制系统发送保护动作命令，换流站接收到保护动作命令以后，降低直流电压设定参数水平，降低水平在0.7~1之间。
其中，所述步骤C中，检测到故障以后，通过模块化多电平柔性直流系统的控制系统发送保护动作命令，送端站接收到保护动作命令以后，设定传输功率为反向，即送端站变为受端站；最大反向功率设定为满额。
其中，所述步骤D中，在0~10ms内发送闭锁命令至换流阀，闭锁整个换流阀的触发脉冲，使其不导通。
其中，所述步骤E中，闭锁换流阀的同时发送跳闸命令至直流线路的交流断路器，使交流断路器跳闸动作，使其迅速跳闸，同时锁定交流断路器防止其重合，若交流断路器跳闸失败，重新发送命令或者应迅速跳开下一个线路断路器。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
本发明提供的模块化多电平柔性直流系统直流故障过电压抑制方法，有效降低直流线路单极接地故障下的过电压水平。采用本发明后，能将直流线路故障时产生的过电压降低至0.7倍过电压水平，从而降低了对直流场设备和换流阀的绝缘设计要求，降低了系统造价及占地；不需要额外的设备投资即可实现。
附图说明
图1是本发明提供的模块化多电平柔性直流系统直流故障过电压抑制方法流程图；
图2是本发明提供的直流故障过电压实际抑制示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明提供一种控制保护策略和避雷器配合动作的方案，通过采用控制保护策略和避雷器配合的方式，有效的减小了避雷器的动作能量和系统过电压水平。
模块化多电平柔性直流系统直流故障过电压抑制方法流程如图1所示，具体包括下述步骤：
1、通过系统保护检测直流线路故障；
保护通过检测直流线路正负极电压和正负极电流参数的变化，或各参数上升速率的变化来检测故障，一旦各参数或者各参数的组合高于或者低于所设定的保护动作数值，即认定直流线路发生单极接地故障，并将保护动作顺序流程下发至阀基控制器。
2、检测到故障以后，通过控制系统降低直流电压设定水平；
接收到保护动作命令以后，各个换流站应快速降低自己的直流电压设定参数，降低的水平根据系统需求而定，一般为0.7~1即可。
3、同时，将送端站功率设定为反向，释放系统能量；
接收到保护动作命令以后，送端站应快速将所设定的传输功率设定为反向，即送端站变为受端站，所设定的反向功率传输可以根据保护动作时的系统传输功率大小灵活确定，传输功率越大，反向功率可以适当增大，最大反向功率可以设定为满额。需要注意的是，原受端站应保持自己的功率传输方向不变。
4、发送闭锁命令至换流阀，实现换流阀闭锁；
上述保护动作完成后，一定时间内（一般为几个ms，即0~10ms）发送闭锁命令至换流阀，闭锁整个换流阀的触发脉冲，使其不再导通，防止换流阀长时间承受较大的过压过流应力。
5、发送跳闸命令至交流断路器，实现断路器跳闸动作。
闭锁换流阀的同时，应发送跳闸命令至交流断路器，使其迅速跳闸，同时锁定交流断路器防止其重合，一旦交流断路器跳闸失败，应重新发送命令或者应迅速跳开下一个线路断路器，防止拒动。切断故障时的换流阀，避免在故障时损坏模块化多电平柔性直流系统中的设备。
实施例
如图2所示，当模块化多电平柔性直流系统正常运行时，正负极直流电压均约0.5倍额定电压。当直流线路在0.8s发生单极接地故障，采用传统保护措施时，健全极直流线路过电压约为2.4倍额定电压，此时，该过电压将对直流场设备和换流阀的绝缘造成严重威胁；采用本发明后，健全极直流线路过电压能降低到2倍额定电压以下。仿真结果表明：针对单极接地故障，该发明能有效降低健全直流线路的过电压水平，降低了对直流场设备和换流阀的绝缘设计要求，从而减小了设备投资。在图2中，○Udc1Pmeas和□Udc1Nmeas分别表示采用本发明的技术方案后的直流线路正极和负极测量电压；△Udc1Pmeas和●Udc1Nmeas分别表示未采用本发明技术方案的直流线路正极和负极测量电压。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种模块化多电平柔性直流系统直流故障过电压抑制方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
A、检测直流线路故障；
B、检测到故障后，降低直流电压设定参数水平；
C、设定送端站传输功率反向；
D、闭锁换流阀；
E、跳开直流线路断路器；
所述步骤A中，通过检测直流线路正负极电压和正负极电流参数数值的变化，或正负极电压和正负极电流参数上升速率的变化来检测故障；所述故障为单极接地故障；
所述步骤B中，检测到故障以后，通过模块化多电平柔性直流系统的控制系统发送保护动作命令，换流站接收到保护动作命令以后，降低直流电压设定参数水平，降低水平在0.7～1之间；
所述步骤C中，检测到故障以后，通过模块化多电平柔性直流系统的控制系统发送保护动作命令，送端站接收到保护动作命令以后，设定传输功率为反向，即送端站变为受端站；最大反向功率设定为满额；
所述步骤D中，在0～10ms内发送闭锁命令至换流阀，闭锁整个换流阀的触发脉冲，使其不导通；
所述步骤E中，闭锁换流阀的同时发送跳闸命令至直流线路的交流断路器，使交流断路器跳闸动作，使其迅速跳闸，同时锁定交流断路器；若交流断路器跳闸失败，重新发送命令或者应迅速跳开下一个线路断路器。
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