CN106159913B - 多端柔性直流系统直流故障保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多端柔性直流系统直流故障保护方法，若当前为基于换流器的多端柔性直流系统，当符合保护判据时，采取基于换流器的多端柔性直流系统故障保护方案；若当前多端柔性直流系统还包括直流断路器，即所述多端柔性直流系统为基于换流器和直流断流器的多端柔性直流系统，则当符合保护判据时，还相应地采取基于直流断路器的多端柔性直流系统故障保护方案。本发明能够满足保护动作迅速，系统停电时间短，动作逻辑清晰的保护需求，无需通信即可实现故障的可靠识别。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统保护控制领域，特别是涉及一种基于直流断路器和不基于直流断路器的多端柔性直流系统故障保护方案。
背景技术
多端柔性直流系统直流故障保护是直流系统发展的关键技术。当多端柔性直流系统发生直流故障时，故障过电流将会严重影响整个直流系统各端的工作状态，包括交流侧、直流侧和换流器的安全可靠运行。因此，多端柔性直流系统故障时，要求能够准确识别故障位置、快速切除故障线路，即必须采取有效的技术方案对直流故障线路进行保护。
目前，对于多端柔性直流系统直流故障的识别与隔离多考虑利用交流断路器断开的方式来隔离和识别直流故障。该方法简单方便，但是当直流故障清除后，交流断路器的动作时间和故障电流自然衰减所需的时间导致故障处理所需的时间大大增加，无法满足直流系统保护要求。同时，多端柔性直流系统直流线路发生故障以后，传统的过流、欠压判据只能检测到故障的发生，却无法识别具体的故障线路，不利于保证直流系统的供电可靠性。
从直流故障隔离的角度，目前的两种故障隔离方法分别是基于直流断路器的隔离方法和不基于直流断路器(基于换流器自闭锁)的隔离方法，存在的问题主要是利用直流断路器隔离直流故障商业应用不够成熟，利用换流器自闭锁隔离故障的方式对故障位置的准确识别要求很高。从可靠识别故障线路的角度，传统的过流、欠压判据应用在多端柔性直流系统中仅能检测到直流故障的发生，不足以识别具体的故障线路。
发明内容
针对多端柔性直流电网中的直流线路故障针，本发明提出了一种多端柔性直流系统直流故障保护方法,实现了对多端柔性直流系统中直流故障可靠识别与快速隔离的技术问题。
本发明提出了一种多端柔性直流系统直流故障保护方法，该方法包括以下步骤：
若当前为基于换流器的多端柔性直流系统，当符合保护判据时，采取基于换流的多端柔性直流系统故障保护方案，基于电力电子技术构成的换流站的故障自清除能力，故障发生时通过方向、过流、欠压判据的动作，闭锁IGBT以清除故障电流，再关断故障处直流开关，实现故障识别与快速隔离；所述基于换流器的多端柔性直流系统故障保护方案中，所采用的判断逻辑为：
当满足直流故障发生、欠压保护的保护判据，闭锁换流站；
当满足直流故障发生、欠压保护的保护判据，同时利用方向元件的保护判据，选择对应的预跳闸直流开关；
故障线路被切除后，开放换流站；
故障线路被切除后，同时利用方向元件的保护判据，所有被跳开的直流开关依据相应线路带电情况进行重合闸判断，确保非故障线路上被跳开的开关重合，而故障线路上的开关不重合，直流系统剩余网络完全恢复正常运行。
若当前多端柔性直流系统还包括直流断路器，即所述多端柔性直流系统为基于换流器和直流断流器的多端柔性直流系统，则当符合保护判据时，还相应地采取基于直流断路器的多端柔性直流系统故障保护方案，通过方向性过流保护和欠压保护判据动作，跳开换流站侧直流断路器，保证了非故障网络正常运行，实现对故障电流的清除和故障点隔离后的准确识别；所述基于直流断流器的多端柔性直流系统故障保护方案中，所采用的判断逻辑为：
将方向元件、过流保护、欠压保护作为保护判据，当同时满足这三个条件时，将满足保护判据的所有直流断路器进行跳闸；
判断依据为跳闸断路器所连线路是否带电，再次对断点线路进行基于直流电压的重合闸判断；当Udc>0.8UN时直流断路器重合闸，其中Udc表示直流线路电压，UN表示额定直流电压。
若检测到某条线路仍然带电，判断为非故障线路，并重合该线路上的直流断路器，使多端柔性直流系统中剩余网络恢复正常运行。
与传统基于交流断路器的直流故障保护策略相比，本发明设计的多端柔性直流系统直流故障保护策略，动作迅速，系统停电时间短，动作逻辑清晰，重合闸操作进一步提升了系统的供电能力。不论是基于直流断路器跳闸还是电力电子换流器闭锁IGBT，都能够准确判断故障线路，避免保护误动，无需通信即可实现故障的可靠识别，同时在保护动作速度和系统供电可靠性方面得到很大的提高。
附图说明
图1为本发明的多端柔性直流系统直流故障保护方法方框图；
图2为本发明的基于直流断路器的直流保护方案逻辑框图；
图3为本发明的基于换流器的直流保护方案逻辑框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
为了确保直流系统的安全可靠运行，多端柔性直流系统直流故障保护要求能够可靠识别故障发生的具体位置并快速切除。由于多端柔性直流技术本身在发展和实践，缺乏足够的工程验证，导致目前识别技术仍不够完善，因此，需结合具体隔离措施设计保护方案，实现故障的可靠识别，分别设计考虑直流断路器和不考虑直流断路器的多端柔性直流系统保护方案仍然是重要的工程需求。
如图1所示，当柔性直流系统利用直流断路器进行直流故障隔离时的保护方案(实现故障的可靠识别)，当直流故障发生时，该方案的逻辑具体描述如下：
逻辑11表示：将方向元件(如方向继电器)、过流保护(大于直流线路电流Idc)、欠压保护(小于直流线路电压Udc)作为保护判据(动作条件)，当同时满足这三个条件时执行保护动作，立刻将满足保护判据的所有直流断路器进行跳闸。需要指出的是，同一母线多条出线上方向性过流保护均动作，表明该母线所连接出线无故障，该母线上的断路器为闭锁态；
逻辑12表示：对每条线路再次进行重合闸判断，以进一步提高供电可靠性：判断依据为跳闸断路器所连线路是否带电，即再次对断点线路进行基于直流电压的重合闸判断。当Udc>0.8UN时直流断路器重合闸，其中Udc表示直流线路电压，UN表示额定直流电压；图1中的t__0是继电保护的时间元件符号，表示的是时间继电器的工作情况为“延时动作瞬时返回”；图2中的_t1_是继电保护时间元件符号，表示的是“记忆电路”，输出信号的时间长度与输入信号无关；图2中的t2__0是继电保护时间元件的表示符号，表示的是时间继电器的工作情况为“延时动作瞬时返回”同图1中的t__0。
若检测到某条线路仍然带电，判断为非故障线路，并重合该线路上的直流断路器，使多端柔性直流系统中剩余网络恢复正常运行。
如图2所示，当多端柔性直流系统通过换流器自闭锁的方式隔离故障的保护方案(实现故障的可靠识别)，该方案的逻辑具体描述如下：
逻辑21表示：当满足直流故障发生(大于直流线路电流Idc)、欠压保护(小于直流线路电压Udc)的保护判据(动作条件)，闭锁换流站；
逻辑22表示：当满足直流故障发生(大于直流线路电流Idc)、欠压保护(小于直流线路电压Udc)的保护判据(动作条件)，同时利用方向元件的保护判据(动作条件)，选择对应的预跳闸直流开关；
逻辑23表示：故障线路被切除后(直流线路电流Idc＝0)，开放换流站(重新投入换流站)，此后多端柔性直流系统的剩余网络将重新带电运行；
逻辑24表示：故障线路被切除后(直流线路电流Idc＝0)，同时利用方向元件的保护判据(动作条件)，所有被跳开的直流开关依据相应线路带电情况进行重合闸判断，确保非故障线路上被跳开的开关重合，而故障线路上的开关不重合，直流系统剩余网络完全恢复正常运行。
基于直流断路器的具有故障识别能力的多端柔性直流系统故障保护方案，通过方向性过流保护和欠压保护判据动作，跳开换流站侧直流断路器，保证了非故障网络正常运行，实现对故障电流的清除和故障点隔离后的准确识别；基于非直流断路器的多端柔性直流系统保护方案，基于电力电子技术构成的换流站的故障自清除能力，故障发生时通过方向、过流、欠压判据的动作，闭锁IGBT以清除故障电流，再关断故障处直流开关，实现故障识别与快速隔离。
Claims (2)
1.一种多端柔性直流系统直流故障保护方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
若当前为基于换流器的多端柔性直流系统，当符合保护判据时，采取基于换流器的多端柔性直流系统故障保护方案，基于电力电子技术构成的换流站的故障自清除能力，故障发生时通过方向、过流、欠压判据的动作，闭锁IGBT以清除故障电流，再关断故障处直流开关，实现故障识别与快速隔离；所述基于换流器的多端柔性直流系统故障保护方案中，所采用的判断逻辑为：
当满足直流故障发生、欠压保护的保护判据，闭锁换流站；
当满足直流故障发生、欠压保护的保护判据，同时利用方向元件的保护判据，选择对应的预跳闸直流开关；
故障线路被切除后，开放换流站；
故障线路被切除后，同时利用方向元件的保护判据，所有被跳开的直流开关依据相应线路带电情况进行重合闸判断，确保非故障线路上被跳开的开关重合，而故障线路上的开关不重合，直流系统剩余网络完全恢复正常运行。
2.如权利要求1所述的多端柔性直流系统直流故障保护方法，其特征在于，若当前多端柔性直流系统还包括直流断路器，即所述多端柔性直流系统为基于换流器和直流断流器的多端柔性直流系统，则，当符合保护判据时，还相应地采取基于直流断路器的多端柔性直流系统故障保护方案，通过方向性过流保护和欠压保护判据动作，跳开换流站侧直流断路器，保证了非故障网络正常运行，实现对故障电流的清除和故障点隔离后的准确识别；所述基于直流断流器的多端柔性直流系统故障保护方案中，所采用的判断逻辑为：
将方向元件、过流保护、欠压保护作为保护判据，当同时满足这三个条件时，将满足保护判据的所有直流断路器进行跳闸；
判断依据为跳闸断路器所连线路是否带电，再次对断点线路进行基于直流电压的重合闸判断；当Udc>0.8UN时直流断路器重合闸，其中Udc表示直流线路电压，UN表示额定直流电压；
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