CN106340857A - 柔性直流换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定方法 - Google Patents

柔性直流换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及柔性直流输电换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定方法。整定方法首先获得调度指令下达、操作、执行、设备状态核对等流程的时间信息,根据操作所需最大时间绘制操作时间图并确定操作时间;然后根据柔性直流换流器静态直流充电仿真模型得到子模块反复启停所占比例达到50%时的静态直流充电时间上限阀值;将操作时间和上限阀值代入整定公式,在同时满足操作时间和上限阀值要求时,得到静态直流充电耐受时间的整定结果。本发明旨在提出换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定方法,防止换流器长期处于静态直流充电状态从而导致子模块电压两极分化严重,为柔性直流输电工程继电启动过程中的保护定值整定提供理论依据。

Description

柔性直流换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定方法
技术领域
本发明涉及柔性直流输电技术领域,属于柔性直流输电工程继电保护定值整定技术,具体为柔性直流输电换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定。
背景技术
换流器的正常启动是整个柔性直流输电工程可靠运行的前提。在换流器启动过程中其中一端换流器处于静态直流充电状态,由于各子模块平均电压较低,换流器静态直流充电时会导致子模块电压两极分化现象。随着静态直流充电时间增加,子模块电压两极分化问题严重:部分子模块电压跌落甚至导致取能电源反复启停,反复启停过程中取能电源开关器件易产生过电压或过电流,降低取能电源寿命;部分子模块电压过高导致因过压导致旁路、开关器件击穿等故障。因此在换流器启动过程中需设置“静态直流充电耐受时间”继电保护定值,用以限制换流器静态直流充电时间,防止充电时间过长导致子模块发生故障,从而提高换流器可靠性。
目前并没有相关研究提出换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定方法,甚至没有相关研究发现换流器在静态直流充电时存在子模块电压两极分化的问题。例如期刊论文《适用于风电并网的模块化多电平柔性直流启动控制技术》、期刊论文《模块化多电平电压源换流器的数学模型》、学位论文《模块化多电平VSC-HVDC换流器充电动态特性及其控制研究》等均认为换流器启动过程各子模块电压保持一致。但这些研究内容与已投运的柔性直流输电工程实际运行数据不符。根据已投运工程运行数据发现,换流器静态直流充电时子模块电压两极分化问题严重,部分子模块因电压跌落而导致反复启停,且反复启停的子模块数量随着静态直流充电时间不断增多。
针对缺乏换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定方法的现状,本发明提出柔性直流输电换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定方法。通过本发明的整定方法,可同时满足操作时间和限制子模块电压两极分化两个方面的要求,为换流器静态直流充电时继电保护定值整定提供理论依据,提高换流器运行可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供柔性直流输电换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定方法。该整定方法一方面满足调度指令下达、执行、核对等所需操作时间要求,另一方面限制子模块电压两极分化程度,使子模块反复启停所占比例低于50%。本发明可为柔性直流输电工程启动过程的继电保护定值整定提供理论依据和具体方法,最终提高换流器运行可靠性。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案是:一种柔性直流换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定方法,其特征在于,包括以下步骤:绘制操作时间图:获得调度指令下达、指令操作、断路器执行、隔离开关执行、设备状态核对的时间信息,根据所述时间信息配置所述操作时间图并确定操作时间;建立柔性直流换流器静态直流充电仿真模型,根据所述仿真模型得到子模块反复启停所占比例达到50%时的静态直流充电时间上限阀值;将所述操作时间和上限阀值代入整定公式,得到静态直流充电耐受时间的整定结果。
进一步的,所述操作时间图中的时间信息根据操作时所需最大时间配置。
进一步的,所述整定方法的步骤如下,步骤1:确认操作流程,典型流程包括:确认已处于静态直流充电状态、请示调度下达不控整流充电命令、调度指令下达、运维人员操作隔离开关与断路器、隔离开关与断路器执行命令、运维人员核对设备状态、确认已静态直流充电结束;步骤2:获得以上操作流程的时间信息;步骤3:根据操作时所需最大时间绘制操作时间图,确定操作时间数值;步骤4:根据柔性直流换流器静态直流充电仿真模型,得到子模块反复启停所占比例达到50%时的静态直流充电时间上限阀值;步骤5:将操作时间和上限阀值代入整定公式,得到静态直流充电耐受时间的整定结果。
较佳的,整定值的计算还包括以下具体步骤:根据操作各单一流程的操作要求规定的操作时长或根据各单一流程操作时长的统计数据,确定各单一流程的操作时间范围,取各单一流程操作时间的极大值求和,得到操作时间:,式中t 1 (max)为第一步流程操作时间的极大值、t 2 (max)为第二步流程操作时间的极大值、t n (max)为第n步流程操作时间的极大值;为保证操作各流程的执行,静态直流充电时间应大于操作时间,即确定静态直流充电耐受时间下限值:;根据柔性直流换流器静态直流充电仿真模型,得到子模块反复启停所占比例达到50%时的静态直流充电时间T 50% ,静态直流充电耐受时间上限值:,因此,静态直流充电耐受时间整定公式为: ,根据整定公式确定静态直流充电耐受时间范围,同时根据柔性直流输电工程实际,当侧重于保证操作时间时,可选取时间范围的上限部分;侧重于降低子模块电压两极分化程度时,可选取时间范围的下限部分。
本发明提出的柔性直流输电换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定方法综合考虑运维人员操作时间需求和降低子模块电压两极分化程度两个方面。整定得到的静态直流充电耐受时间可满足调度指令下达、执行、核对等流程的最大时间需求,确保运行状态的可靠性。同时本发明提出的整定方法考虑了换流器静态直流充电时电压两极分化的实际问题,可防止换流器静态直流充电时间过长导致子模块发生故障。本发明提出的整定方法弥补了换流器“静态直流充电耐受时间”保护定值整定方法缺失的空白,为柔性直流输电工程启动过程中继电保护定值整定提供了方法和理论依据。
相较于现有技术,本发明具有以下有益效果:
(1)整定方法满足了运行操作时间的需求,保证运行状态的可靠性。
(2)整定方法符合实际工程中换流器静态直流充电时子模块电压两极分化的实际情况。并且通过限制静态直流充电时间降低了子模块电压两极分化程度,提高换流器启动过程的可靠性。
(3)为“静态直流充电耐受时间”保护定值整定提供理论依据和具体整定公式,弥补了相关研究和方法缺失的空白。
附图说明
图1是本发明静态直流充电耐受时间保护定值整定原则示意图。
图2是操作时间图。
图3是换流器静态直流充电仿真模型。
图4是子模块电压两极分化波形。
图5是反复启停子模块数量随时间变化曲线。
图6是静态直流充电耐受时间保护定值整定方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明的柔性直流输电换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定方法,包括,首先,获得调度指令下达、指令操作、断路器执行、隔离开关执行、设备状态核对的时间信息,根据所述时间信息绘制操作时间图并确定操作时间;然后,建立柔性直流换流器静态直流充电仿真模型,根据所述仿真模型得到子模块反复启停所占比例达到50%时的静态直流充电时间上限阀值;将所述操作时间和上限阀值代入整定公式,得到静态直流充电耐受时间的整定结果。
所述操作时间图中的时间信息根据操作时所需最大时间配置。
所述整定方法的步骤如下,
步骤1:确认操作流程,典型流程包括:确认已处于静态直流充电状态、请示调度下达不控整流充电命令、调度指令下达、运维人员操作隔离开关与断路器、隔离开关与断路器执行命令、运维人员核对设备状态、确认已静态直流充电结束;
步骤2:获得以上操作流程的时间信息;
步骤3:根据操作时所需最大时间绘制操作时间图,确定操作时间数值;
步骤4:根据柔性直流换流器静态直流充电仿真模型,得到子模块反复启停所占比例达到50%时的静态直流充电时间上限阀值;
步骤5:将操作时间和上限阀值代入整定公式,得到静态直流充电耐受时间的整定结果。
本发明还提供了一种如上所述的柔性直流输电换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定方法的计算方法,具体实现如下,
根据操作各单一流程的操作要求规定的操作时长或根据各单一流程操作时长的统计数据,确定各单一流程的操作时间范围,取各单一流程操作时间的极大值求和,得到操作时间:
式中t 1 (max)为第一步流程操作时间的极大值、t 2 (max)为第二步流程操作时间的极大值、t n (max)为第n步流程操作时间的极大值。操作的典型流程包括:确认已处于静态直流充电状态、请示调度下达不控整流充电命令、调度指令下达、运维人员操作隔离开关与断路器、隔离开关与断路器执行命令、运维人员核对设备状态、确认已静态直流充电结束等,但具体流程节点数量不限于以上各流程,应根据具体柔性直流输电工程操作规范确定。
为保证操作各流程的执行,静态直流充电时间应大于操作时间,即确定静态直流充电耐受时间下限值:
根据柔性直流换流器静态直流充电仿真模型,得到子模块反复启停所占比例达到50%时的静态直流充电时间T 50% 。为了防止子模块电压两极分化问题加剧,应保证反复启停的子模块所占比例低于50%,因此静态直流充电时间应小于T 50% ,即确定静态直流充电耐受时间上限值:
因此,静态直流充电耐受时间整定公式为:
根据整定公式确定静态直流充电耐受时间范围。同时根据柔性直流输电工程实际,当侧重于保证操作时间时,可选取时间范围的上限部分;侧重于降低子模块电压两极分化程度时,可选取时间范围的下限部分。
以下为本发明的具体实现过程。
如图1所示,本发明提供柔性直流输电换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定方法,包括,首先,获得调度指令下达、指令操作、断路器执行、隔离开关执行、设备状态核对的时间信息,根据所述时间信息绘制操作时间图并根据操作时所需最大时间确定操作时间T operation ;然后,建立柔性直流换流器静态直流充电仿真模型,根据所述仿真模型得到子模块反复启停所占比例达到50%时的静态直流充电时间上限阀值T 50% ;静态直流充电耐受时间应大于操作时间T operation 且小于上限阀值T 50%
如图2所示,本发明绘制操作时间图的实现方法如下,
根据操作各单一流程的操作要求规定的操作时长或根据各单一流程操作时长的统计数据,确定各单一流程的操作时间范围,取各单一流程操作时间的极大值求和,得到操作时间:
式中t 1 (max)为第一步流程操作时间的极大值、t 2 (max)为第二步流程操作时间的极大值、t n (max)为第n步流程操作时间的极大值。操作的典型流程包括:确认已处于静态直流充电状态、请示调度下达不控整流充电命令、调度指令下达、运维人员操作隔离开关与断路器、隔离开关与断路器执行命令、运维人员核对设备状态、确认已静态直流充电结束等,但具体流程节点数量不限于以上各流程,应根据具体柔性直流输电工程操作规范确定。
为保证操作各流程的执行,静态直流充电时间应大于操作时间,即确定静态直流充电耐受时间下限值:
如图3所示建立柔性直流换流器静态直流充电仿真模型,通过simulink等仿真软件可得到子模块电压两极分化的波形。子模块电压两极分化过程如图4所示,部分子模块电压不断上升、部分子模块电压不断跌落最终进入反复启停状态。当静态直流充电时间过长时,反复启停的子模块所占比例不断升高,其比例与静态直流充电时间的关系如图5所示。设反复启停所占比例达到50%时的静态直流充电时间T 50% 。为了防止子模块电压两极分化问题加剧,应保证反复启停的子模块所占比例低于50%,因此静态直流充电时间应小于T 50% ,即确定静态直流充电耐受时间上限值:
因此,静态直流充电耐受时间整定公式为:
综上所述,静态直流充电耐受时间保护定值整定方法的具体步骤如图6所示,包括,
步骤1:确认操作流程,典型流程包括:确认已处于静态直流充电状态、请示调度下达不控整流充电命令、调度指令下达、运维人员操作隔离开关与断路器、隔离开关与断路器执行命令、运维人员核对设备状态、确认已静态直流充电结束;
步骤2:获得以上操作流程的时间信息;
步骤3:根据操作时所需最大时间绘制操作时间图,确定操作时间数值;
步骤4:根据柔性直流换流器静态直流充电仿真模型,得到子模块反复启停所占比例达到50%时的静态直流充电时间上限阀值;
步骤5:将操作时间和上限阀值代入整定公式,得到静态直流充电耐受时间的范围。同时根据柔性直流输电工程实际,当侧重于保证操作时间时,可选取时间范围的上限部分;侧重于降低子模块电压两极分化程度时,可选取时间范围的下限部分。
本发明提出的柔性直流输电换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定方法综合考虑运维人员操作时间需求和降低子模块电压两极分化程度两个方面。整定得到的静态直流充电耐受时间可满足调度指令下达、执行、核对等流程的最大时间需求,确保运行状态的可靠性。同时本发明提出的整定方法考虑了换流器静态直流充电时电压两极分化的实际问题,可防止换流器静态直流充电时间过长导致子模块发生故障。本发明提出的整定方法弥补了换流器“静态直流充电耐受时间”保护定值整定方法缺失的空白,为柔性直流输电工程启动过程中继电保护定值整定提供了方法和理论依据。
以上对本发明的目的、技术方案和优点进行了详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种柔性直流换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定方法,其特征在于,包括以下步骤:绘制操作时间图:获得调度指令下达、指令操作、断路器执行、隔离开关执行、设备状态核对的时间信息,根据所述时间信息配置所述操作时间图并确定操作时间;
建立柔性直流换流器静态直流充电仿真模型,根据所述仿真模型得到子模块反复启停所占比例达到50%时的静态直流充电时间上限阀值;将所述操作时间和上限阀值代入整定公式,得到静态直流充电耐受时间的整定结果。
2.根据权利要求1所述的柔性直流换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定方法,其特征在于:所述操作时间图中的时间信息根据操作时所需最大时间配置。
3.根据权利要求1或2所述的柔性直流输电换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定方法,其特征在于:所述整定方法的步骤如下,
步骤1:确认操作流程,典型流程包括:确认已处于静态直流充电状态、请示调度下达不控整流充电命令、调度指令下达、运维人员操作隔离开关与断路器、隔离开关与断路器执行命令、运维人员核对设备状态、确认已静态直流充电结束;
步骤2:获得以上操作流程的时间信息;
步骤3:根据操作时所需最大时间绘制操作时间图,确定操作时间数值;
步骤4:根据柔性直流换流器静态直流充电仿真模型,得到子模块反复启停所占比例达到50%时的静态直流充电时间上限阀值;
步骤5:将操作时间和上限阀值代入整定公式,得到静态直流充电耐受时间的整定结果。
4.根据权利要求3所述的柔性直流换流器静态直流充电耐受时间保护定值整定方法,其特征在于:整定值的计算还包括以下具体步骤:
根据操作各单一流程的操作要求规定的操作时长或根据各单一流程操作时长的统计数据,确定各单一流程的操作时间范围,取各单一流程操作时间的极大值求和,得到操作时间:
Toperation=t1(max)+t2(max)+...+tn(max)
式中t1(max)为第一步流程操作时间的极大值、t2(max)为第二步流程操作时间的极大值、tn(max)为第n步流程操作时间的极大值;
为保证操作各流程的执行,静态直流充电时间应大于操作时间,即确定静态直流充电耐受时间下限值:
t>Toperation
根据柔性直流换流器静态直流充电仿真模型,得到子模块反复启停所占比例达到50%时的静态直流充电时间T50%,静态直流充电耐受时间上限值:
t<T50%
因此,静态直流充电耐受时间整定公式为:
Toperation<t<T50%
根据整定公式确定静态直流充电耐受时间范围,同时根据柔性直流输电工程实际,当侧重于保证操作时间时,可选取时间范围的上限部分;侧重于降低子模块电压两极分化程度时,可选取时间范围的下限部分。
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