CN105680421B - 一种模块化多电平换流器保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种模块化多电平换流器保护方法,通过临时闭锁脉冲避免损坏换流阀单元，临时闭锁保护在阀控系统中实施,阀控系统实时监视采集桥臂电流大小,超过一定定值并经过一段时间延时后,闭锁换流器脉冲一段时间再次解锁换流器,同时上传临时闭锁信号给上一级控制系统控制系统,上一级控制系统根据对该临时闭锁信号进行计次处理,当计次超过一定数值或者延时超过一段时间后,闭锁整个换流器并且跳开进线开关,提高了换流器系统运行可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电力系统中柔性输电技术领域，具体涉及一种模块化多电平换流器的保护方法。
背景技术
柔性直流输电采用电压源换流器，可以独立调节有功和无功的传输、提高交流系统的输电能力，易于构成多端直流输电系统，在可再生能源的发电并网、孤岛城市供电以及交流系统互联等应用领域，具有明显的竞争力。
柔性直流输电控制保护设备以及阀控电子设备，是对多电平换流器进行控制和保护的设备，控制的目的是满足柔性直流输电换流站的运行要求。
柔性直流输电系统换流器多采用模块化多电平换流器(MMC)技术，如图1,为模块化多电平柔性直流输电系统单站图，SM是子模块，阀控电子设备用于和阀模块控制单元SMC连接，PCP装置和阀控电子设备连接。该换流器桥臂由多个子模块组成，通过多个子模块输出电平的叠加输出正弦波信号，具有开关频率降低、损耗低、谐波小等优点，易于拓展至更高电压等级，是目前柔性直流输电研究应用的主要方向。在实际MMC拓扑中，由于故障位置的不同，产生故障电流大小不同，故障电流、对阀组安全性的威胁差别很大。尤其出现阀臂内部短路故障时，由于阀臂多个子模块的电容电压经IGBT和铜排直接短路放电，回路中的电感和电阻非常小，仿真的短路电流上升极为迅速，达到1kA/μs，大小超过50kA，对阀组威胁极大，所以需要通过一定措施抑制桥臂电流尖峰。
IGBT器件的安全工作区限定了超过额定两倍的故障电流，持续超过10μs，器件就不能保证可靠关断。两倍的故障电流，持续1ms就可能导致器件损坏。微秒级的过电压脉冲就可能造成IGBT的彻底损坏。上述因素，导致直流控制保护系统在阀组本体保护中的作用受到了很大限制。这一点与传统直流输电系统相比有很大的区别。需要针对MMC换流器阀组的特点，制定更为快速有效的过流保护策略。
阀控电子设备控制周期短，通信环节少，可以快速处理量测系统和子模块的数据，最短保护延时可以控制在150μs以内，能够满足快速保护的需求。因此需要制定一种更为快速有效的方法，能够在系统扰动和桥臂出现短路故障时，防止桥臂过电流损坏阀，提高换流器的可靠性。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种模块化多电平换流器保护方法及系统，通过检测桥臂电流大小，临时闭锁脉冲方法保护换流阀器件免受瞬时过流损坏器件，同时将该临时闭锁信号送上一级控制系统，上一级控制系统对收到的临时闭锁信号进行计次或者延时，决定系统继续维持运行或者跳闸。解决模块化多电平换流器运行中由于暂态扰动引起桥臂过流，导致系统停运问题。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种模块化多电平换流器保护方法，其特征在于，在阀控电子设备中配置桥臂过流检测,所述阀控电子设备实时监视采集桥臂电流大小判断是否发生过流，若发生过流时,闭锁换流器脉冲一段时间t2，检测到桥臂电流小于Iset2时再次解锁换流器,同时上传临时闭锁信号给上一级控制系统,如果所述阀控电子设备再次检测到桥臂过流，重复闭锁一段时间再次解锁，由上一级控制系统根据收到阀控电子设备临时闭锁次数或时间，决定是否永久闭锁整个换流器，并且跳开进线开关。
上述方案中，所述发生过流指：所述电流超过定值Iset1并经过一段时间延时t1。
上述方案中，Iset1取值1.01～10.0p.u.，Iset2取值0.0～0.99Iset1，t1取值0～5000us,t2取值0～1s。
上述方案中，由上一级控制系统根据收到阀控电子设备临时闭锁次数，决定是否永久闭锁整个换流器，并且跳开进线开关,具体是指，上一级控制系统根据收到阀控电子设备临时闭锁信号，对该信号进行计数，当超过一定次数定值N后，发出永久闭锁信号到阀控电子设备，阀控电子设备收到后闭锁整个换流器，并且跳开进线开关；计数定值N取为0-100之间的整数。
上述方案中，由上一级控制系统根据收到阀控电子设备临时闭锁时间，决定是否永久闭锁整个换流器，并且跳开进线开关,具体是指，上一级控制系统根据收到阀控电子设备临时闭锁信号，对该信号进行t3时间的展宽，当展宽后的信号超过一定时间t4后，发出永久闭锁信号到阀控电子设备，阀控电子设备收到后闭锁整个换流器，并且跳开进线开关；t3取值0～100ms，t4取值0～1000ms，t3<t4。
上述方案中，保护方法还包括在阀控电子设备中设置两路独立检测桥臂过流保护逻辑，所述两路逻辑分别在两套独立的高速处理器中执行，相应地，所述监视桥臂电流大小判断是否发生过流包括如下步骤：
(b1)阀控电子设备中两路高速处理器按照各自运行周期采样桥臂电流，如果有任何一路检测到桥臂过流，进入步骤(b2)，否则重复步骤(b1)；
(b2)所述检测到桥臂过流的处理器将所述检测结果发往另外一路处理器，每一路处理器比较检测结果和接收的另外一路处理器发送的桥臂过流检测结果，如果检测结果不一致，发出检测不一致报警信号，该报警信号上送上一级控制系统，回到步骤(b1)，如果检测结果一致，则判断为发生过流，进入步骤(b3)；
(b3)该阀控电子设备临时闭锁脉冲一段时间后重新触发脉冲，闭锁脉冲瞬间将临时闭锁信号上送上一级控制系统控制保护系统，回到步骤(b1)；
在以上步骤中，任何时刻收到上一级控制系统发送的闭锁信号，阀控电子设备立即闭锁脉冲，停止过流检测，直到上一级控制系统发送解锁信号后，再回到步骤(b1)。
利用本发明的方法可以保护换流阀器件免受瞬时过流损坏器件，同时也能通过这种方法让柔性直流输电系统躲过桥臂瞬时故障或者交流系统扰动引起的短时过流，继续维持运行，从而可以提高柔性直流换流器的运行可靠性。
附图说明
图1是为模块化多电平柔性直流输电系统单站图；
图2是本发明模块化多电平换流器的阀控电子设备桥臂过电流保护逻辑；
图3是本发明上一级控制系统过电流保护逻辑。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图2所示，通过在阀控电子设备中配置桥臂过流检测,阀控电子设备实时监视采集桥臂电流大小,超过定值Iset1并经过一段时间延时t1后,闭锁换流器脉冲一段时间一段时间t2后，检测桥臂电流小于Iset2时再次解锁换流器,同时上传临时闭锁信号给上一级控制系统,如果阀控电子设备再次检测到桥臂过流，重复闭锁一段时间再次解锁，由上一级控制系统根据收到阀控电子设备临时闭锁次数或时间，决定是否永久闭锁整个换流器，并且跳开进线开关。Iset1取值1.01～10.0p.u.，Iset2取值0.0～0.99Iset1，t1取值0～5000us，t2取值0～1s。
如图3所示，模块化多电平换流器的临时闭锁脉冲保护方法，上一级控制系统根据收到阀控电子设备临时闭锁信号，对该信号进行计数，当超过一定次数定值N后，或者延时超过一定时间后，发出永久闭锁信号到阀控电子设备，阀控电子设备收到后闭锁整个换流器，并且跳开进线开关；计数定值N取为0-100之间的整数。
上一级控制系统根据收到阀控电子设备临时闭锁信号，对该信号进行t3时间的展宽，当展宽后的信号超过一定时间t4后，发出永久闭锁信号到阀控电子设备，阀控电子设备收到后闭锁整个换流器，并且跳开进线开关；t3取值0～100ms，t4取值0～1000ms，t3<t4。
上述的一种柔性直流多电平换流器临时闭锁脉冲保护方法，在阀控电子设备中设置两路独立检测桥臂过流保护逻辑，该逻辑分别在两套独立的高速处理器中执行，该方法包括如下步骤：
(b1)阀控电子设备中两路高速处理器按照各自运行周期采样桥臂电流，如果有任何一路检测到桥臂过流，进入步骤(b2)，否则重复步骤(b1)；
(b2)将检测结果发往另外一路处理器，每一路处理器比较检测结果和接收的另外一路处理器发送的桥臂过流检测结果，如果检测结果不一致，发出检测不一致报警信号，该报警信号上送上一级控制系统，回到步骤(b1)，如果检测结果一致，进入步骤(b3)；
(b3)该阀控电子设备临时闭锁脉冲一段时间后重新触发脉冲，闭锁脉冲瞬间将临时闭锁信号上送上一级控制系统控制保护系统，回到步骤(b1)。
在以上步骤中，任何时刻收到上一级控制系统发送的闭锁信号，阀控电子设备立即闭锁脉冲，停止过流检测，直到上一级控制系统发送解锁信号后，再回到步骤(b1)。
Claims (6)
1.一种模块化多电平换流器保护方法，其特征在于，在阀控电子设备中配置桥臂过流检测,所述阀控电子设备实时监视采集桥臂电流大小判断是否发生过流，若发生过流时,闭锁换流器脉冲一段时间t2，检测到桥臂电流小于Iset2时再次解锁换流器,同时上传临时闭锁信号给上一级控制系统,如果所述阀控电子设备再次检测到桥臂过流，重复闭锁一段时间再次解锁，由上一级控制系统根据收到阀控电子设备临时闭锁次数或时间，决定是否永久闭锁整个换流器，并且跳开进线开关。
2.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流器保护方法，其特征在于，所述发生过流指：所述电流超过定值Iset1并经过一段时间延时t1。
3.如权利要求2所述的一种模块化多电平换流器保护方法，其特征在于，Iset1取值1.01～10.0p.u.，Iset2取值0.0～0.99Iset1，t1取值0～5000us,t2取值0～1s。
4.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流器保护方法，其特征在于，由上一级控制系统根据收到阀控电子设备临时闭锁次数，决定是否永久闭锁整个换流器，并且跳开进线开关,具体是指，上一级控制系统根据收到阀控电子设备临时闭锁信号，对该信号进行计数，当超过一定次数定值N后，发出永久闭锁信号到阀控电子设备，阀控电子设备收到后闭锁整个换流器，并且跳开进线开关；计数定值N取为0-100之间的整数。
5.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流器保护方法，其特征在于，由上一级控制系统根据收到阀控电子设备临时闭锁时间，决定是否永久闭锁整个换流器，并且跳开进线开关,具体是指，上一级控制系统根据收到阀控电子设备临时闭锁信号，对该信号进行t3时间的展宽，当展宽后的信号超过一定时间t4后，发出永久闭锁信号到阀控电子设备，阀控电子设备收到后闭锁整个换流器，并且跳开进线开关；t3取值0～100ms，t4取值0～1000ms，t3<t4。
6.如权利要求1所述的一种模块化多电平换流器保护方法，其特征在于，保护方法还包括在阀控电子设备中设置两路独立检测桥臂过流保护逻辑，所述两路逻辑分别在两套独立的高速处理器中执行，相应地，监视采集桥臂电流大小判断是否发生过流包括如下步骤：
(b1)阀控电子设备中两路高速处理器按照各自运行周期采样桥臂电流，如果有任何一路检测到桥臂过流，进入步骤(b2)，否则重复步骤(b1)；
(b2)所述检测到桥臂过流的处理器将所述检测结果发往另外一路处理器，每一路处理器比较检测结果和接收的另外一路处理器发送的桥臂过流检测结果，如果检测结果不一致，发出检测不一致报警信号，该报警信号上送上一级控制系统，回到步骤(b1)，如果检测结果一致，则判断为发生过流，进入步骤(b3)；
(b3)该阀控电子设备临时闭锁脉冲一段时间后重新触发脉冲，闭锁脉冲瞬间将临时闭锁信号上送上一级控制系统控制保护系统，回到步骤(b1)；
在以上步骤中，任何时刻收到上一级控制系统发送的闭锁信号，阀控电子设备立即闭锁脉冲，停止过流检测，直到上一级控制系统发送解锁信号后，再回到步骤(b1)。
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