CN108023337B - 一种柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法 - Google Patents

一种柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔性直流输电系统换流器故障限流控制与保护配合方法，换流器输出电流限定指令Imax，交流系统故障时Imax等于交流线路过流保护III段数值或者比其略大，交流线路过流保护I段定值设定比换流器桥臂过流保护I段定值低，换流器桥臂过流保护II段数值比交流线路过流保护II段数值低或者数值相等情况下延时较交流保护II段长，在检测换流器连接线路侧发生故障时，切换换流器电流限制指令数值Imax，从正常允许输出电流倍数切换为故障下交流线路保护III段数值，通过限制换流器输出电流大小达到提供部分短路电流，依靠交流保护III段切除交流故障，又不影响换流器正常运行。

Description

一种柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控 制与保护配合方法
技术领域
本发明属于直流输电领域，特别涉及一种柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法。
背景技术
电压源换流器型直流输电(voltage source converter based high voltagedirect current，VSC-HVDC)采用可关断电力电子器件，无需借助外部电源便可实现换相，因此具备向无源网络供电的能力。电网运行中，为增强重要负荷的供电可靠性，可采用柔直和交流线路为重要负荷双路供电，正常情况下双路供电，特殊情况下由柔直或交流线路单路供电，当采用柔直单独供电方式时，交流侧发生故障时，交流保护跳开故障线路切除故障，柔直系统持持续运行，但特殊情况下，柔直系统与交流保护没有配合，以及柔直孤岛运行情况下没有限流措施，可能出现柔直系统区外故障下先跳闸退出，交流保护不动作或者后动作，没有充分利用柔直换流器瞬时过载以及输出电流限制能力，形成交直流保护之间配合，交流保护一般设置过流保护I、II段或者III段，柔直换流器有桥臂过流保护I、II段或者III段，通过设置交直流过流保护之间定值配合，在换流器区外故障时，可以利用换流器输出电流限制能力，达到故障时输出给定电流大小，提供部分短路电流，一方面可以利用交流保护切除故障，另一方面也不影响故障情况下换流器运行。
专利“一种柔性直流输电系统从并列转为孤岛运行的平滑切换方法”，申请号201310220297.8：通过系统电气量变化特征检测柔性直流输电系统处于交直流并列运行模式还是孤岛运行模式，并在判断系统处于孤岛运行方式后自动将控制模式切换到与之对应的控制策略，但没有讲述孤岛运行模式下发生故障后和交流保护配合，《MMC-HVDC联网及孤岛运行状态转换策略》2015,35(9)：2152-2161一文讲述了柔直系统在联网状态和孤岛状态间稳定转换策略，但没有涉及保护故障下控制限流方法和交流系统保护配合方式。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法，换流器输出电流限定指令Imax用于限制电流内环dq电流指令大小，设定交流系统故障时Imax等于交流线路过流保护III段数值或者比过流保护III段数值略大，交流线路过流保护I段定值设定比换流器桥臂过流保护I段定值低，换流器桥臂过流保护II段数值比交流线路过流保护II段数值低或者数值相等情况下延时较交流保护II段长，在检测换流器连接线路侧发生故障时，切换换流器电流限制指令数值Imax，从正常允许输出电流倍数切换为故障下交流线路保护III段数值，通过限制换流器输出电流大小达到提供部分短路电流，依靠交流保护III段切除交流故障，同时又不影响换流器正常运行，交流侧故障切除后Imax恢复至正常情况下换流器允许输出电流倍数，Imax切换方法是实时检测网侧电压幅值，根据电压幅值大小按照预先设定的n组(ULj，Imaxj)(j＝1,2…n)二维数值系列或者曲线，采用插值方式或者查表方法得到电流指令限制值Imax,用于限制换流器在无源状态下运行时输出电流大小。
上述方法通过实时检测网侧电压幅值大小，一旦检测低电压状态，认为是交流线路发生故障，Imax从正常情况下换流器允许输出电流倍数切换为故障下交流线路保护III段数值。
上述柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法，换流器线路侧故障消失后，电流指令限制Imax恢复至正常情况下换流器允许输出电流倍数，判断网侧故障消失的方法为UL>Uset，Uset为预先设定的电压阀值。
上述柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法，利用网侧电压控制外环积分作用，使得低电压情况下电流指令迅速达到限制Imax，有利于故障下换流器输出电流大小迅速达到交流线路保护II段或者III段数值。
上述柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法，正常情况和故障情况下Imax取值范围0.0～1.5，Imax故障情况下一般比正常情况下低。
上述柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法，其特征在于，预先设定n组(ULj，Imaxj)(j＝1,2，…n)二维数值系列或者曲线，UL为网侧电压，Imax从正常情况下换流器允许输出电流倍数切换为故障下交流线路保护II段或者III段数值方法是，根据当前检测ULj大小采用插值方式或者查表方法得到限定值Imax。
上述柔性直流输电系统换流器行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法，电流限制指令作为内环电流控制器输入电流指令。
上述柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法，交流线路发生故障后，采用Imax电流指令限制后，如果实际输出电流低于Imax，系统持续运行，如果满足依靠外部交流保护II段或者III段切除交流故障后，Imax恢复至正常情况下换流器允许输出电流倍数。
上述柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法，限定指令Imax用于限制电流内环dq电流指令大小，如果检测到当前电流限制指令则按等比例方式改变电流内环输出电流指令和得到满足同时电流dq电流指令之间夹角不变。
采用上述方案后，本发明的有益效果为：
(1)充分利用柔直换流器瞬时过载以及输出电流限制能力，形成交直流保护之间配合，可以利用换流器输出电流限制能力，达到故障时输出给定电流，提供部分短路电流，一方面可以利用交流保护切除故障，另一方面也不影响故障情况下换流器运行。
(2)通过柔直换流器桥臂过流保护与交流保护配合，近端故障通过交流线路保护I段速动快速切除故障，换流器桥臂过流保护与远端线路保护配合，作为孤岛运行状态下远端线路保护远后备，这样能充分利用换流器过载能力，切除远端故障后换流器继续运行。
附图说明
图1是换流器无源运行时换流器限流控制方案。
图2是换流器内环电流限制Imax根据交流电压UL切换关系曲线。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法，换流器连接交流系统孤岛运行时，交流系统发生故障时通过限制换流器输出电流大小达到提供部分短路电流，根据当前交流电压检测幅值切换相应的换流器输出，依靠交流保护切除交流线路故障，同时又不影响换流器正常运行，交流侧故障切除后Imax恢复至正常情况下换流器允许输出电流倍数。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
换流器输出电流大小和交流线路过流保护动作定值进行配合，配合方式是检测连接交流系统故障后，设定换流器电流输出指令限制Imax等于交流线路过流保护II I段数值或者比过流保护III段数值略大。交流线路过流保护I段定值设定比换流器桥臂过流保护I段定值低，换流器桥臂过流保护I段考虑换流器瞬时过载能力，近端交流线路过流保护II段定值设定比换流器桥臂过流保护II段定值高，延时较换流器桥臂过流保护II段短，换流器桥臂过流保护II段作为后备，远端交流线路过流保护II段设定比换流器桥臂过流保护II段定值低，换流器桥臂过流保护II段作为远后备。
交流线路过流保护III段定值设定为换流器故障时输出指令限制Imax，Imax也是换流器可以长期故障运行电流限制数值，交流线路过流保护I II段延时较换流器桥臂过流保护III段短，换流器桥臂过流保护III段作为远端交流线路远后备。
控制系统实时检测网侧电压幅值大小，一旦检测低电压状态，认为是交流线路发生故障，Imax从正常情况下换流器允许输出电流倍数切换为故障下交流线路保护III段数值。当换流器线路侧故障消失后，电流指令限制Imax恢复至正常情况下换流器允许输出电流倍数，判断网侧故障消失的方法为UL>Uset，Uset为预先设定的电压阀值。
Imax用于限制电流内环dq电流指令大小，如果检测到当前电流限制指令则按等比例方式改变电流内环输出电流指令和得到满足同时电流dq电流指令之间夹角不变，以上得到的电流限制指令作为内环电流控制器输入电流指令。
采用交流电压作为外环PI控制输入，如下图1所示，利用网侧电压控制外环积分作用，使得低电压情况下电流指令迅速达到限制Imax，有利于故障下换流器输出电流大小迅速达到交流线路保护II段或者III段数值。正常情况和故障情况下Imax取值范围0.0～1.5，Imax故障情况下一般比正常情况下低。
从正常Imax切换到故障Imax方法如图2所示：预先设定n组(ULj，Imaxj)(j＝1,2，…n)二维数值系列或者曲线，UL为网侧电压，Imax从正常情况下换流器允许输出电流倍数切换为故障下交流线路保护III段数值方法是，根据当前检测ULj大小采用插值方式或者查表方法得到限定值Imax。
交流线路发生故障后，采用Imax电流指令限制后，如果实际输出电流低于Imax，系统持续运行，如果满足依靠外部交流保护II段或者III段切除交流故障后，Imax恢复至正常情况下换流器允许输出电流倍数。

Claims (10)

1.一种柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法，其特征在于，换流器输出电流大小和交流线路过流保护动作定值进行配合，配合方式是检测连接交流系统故障后，设定换流器电流输出指令限制Imax等于交流线路过流保护III段数值或者比过流保护III段数值略大，交流线路过流保护I段定值设定比换流器桥臂过流保护I段定值低，换流器桥臂过流保护I段考虑换流器瞬时过载能力，近端交流线路过流保护II段定值设定比换流器桥臂过流保护II段定值高，延时较换流器桥臂过流保护II段短，换流器桥臂过流保护II段作为后备，远端交流线路过流保护II段定值设定比换流器桥臂过流保护II段定值低，换流器桥臂过流保护II段作为远后备。
2.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法，其特征在于，交流线路过流保护III段数值设定为换流器故障时输出指令限制Imax，也是换流器可以长期故障运行电流限制数值，延时较换流器桥臂过流保护III段短，换流器桥臂过流保护III段作为远端交流线路远后备。
3.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法，其特征在于，实时检测网侧电压幅值大小，一旦检测低电压状态，认为是交流线路发生故障，Imax从正常情况下换流器允许输出电流倍数切换为故障下交流线路保护III段数值。
4.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法，其特征在于，换流器线路侧故障消失后，输出指令限制Imax恢复至正常情况下换流器允许输出电流倍数，判断网侧故障消失的方法为UL>Uset，Uset为预先设定的电压阀值，UL为网侧电压。
5.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法，其特征在于，利用网侧电压控制外环积分作用，使得低电压情况下电流指令迅速达到限制Imax，有利于故障下换流器输出电流大小迅速达到交流线路保护II段或者III段数值。
6.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法，其特征在于正常情况和故障情况下Imax取值范围0.0～1.5，Imax故障情况下一般比正常情况下低。
7.如权利要求3所述的一种柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法，其特征在于，预先设定n组(ULj，Imaxj)(j＝1,2，…n)二维数值系列或者曲线，UL为网侧电压，Imax从正常情况下换流器允许输出电流倍数切换为故障下交流线路保护II段或者III段数值方法是，根据当前检测ULj大小采用插值方式或者查表方法得到输出指令限制Imax。
8.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统换流器行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法，其特征在于，电流限制指令作为内环电流控制器输入电流指令。
9.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法，其特征在于，交流线路发生故障后，采用Imax输出指令限制后，如果实际输出电流低于Imax，系统持续运行，如果满足依靠外部交流保护II段或者III段切除交流故障后，Imax恢复至正常情况下换流器允许输出电流倍数。
10.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统换流器运行在孤岛状态下故障限流控制与保护配合方法，其特征在于，限定指令Imax用于限制电流内环dq电流指令大小，如果检测到当前电流限制指令则按等比例方式改变电流内环输出电流指令和得到满足同时电流dq电流指令之间夹角不变。
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