CN108649539A - 基于vsc的交直流互联系统故障分级切除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力系统继电保护和自动化领域，具体涉及一种基于VSC的交直流互联系统故障分级切除方法，通过安装与VSC交流侧其中一个桥臂上的双向晶闸管的闭锁实现第一级切除，改变VSC拓扑结构使直流侧出现故障电流零点。第二级切除直接在直流侧跳开交流断路器，故障电弧在电流过零点处熄灭。

Description

基于VSC的交直流互联系统故障分级切除方法
技术领域
本发明属于电力系统继电保护和自动化领域，具体涉及一种直流系统故障切除方法。
背景技术
近年来，由于化石能源的枯竭和开采难度增大，以及其造成了严峻的环境问题，新能源得到大规模推广，于此同时，诸如电动汽车、变频设备、LED照明灯、信息设备等直流负荷占总负荷的比例日益增加，直流配电系统具有效率高、供电容量大、抗干扰性好、可靠性高、控制相对简单、电能损耗低等优点，受到广泛的关注。
但是在直流系统中存在直流故障电流无过零点，故障后灭弧困难的技术瓶颈。目前，针对该技术难点研发的直流断路器包括采用强制灭弧的传统塑壳断路器、基于电力电子计算的固态断路器以及结合机械器件与电力电子器件的混合式断路器。然而，直流断路器目前都存在一定的缺陷，如：塑壳式断路器灭弧效果不佳、固态断路器通态损耗大和混合式断路器技术复杂成本高难以运用于低压配电系统。因此有必要提出一种基于交流断路器的过渡性切除方案。
发明内容
本发明针对采用VSC(VoltageSourceConverter)的中低压交直流互联系统，设计一种基于交流断路器的分级切除方法。该方法能有效地克服现阶段直流断路器的缺陷，可以在直流系统中实现故障切除，具有实施成本低、损耗小的优点。技术方案如下：
一种基于VSC的交直流互联系统故障分级切除方法，通过安装与VSC交流侧其中一个桥臂上的双向晶闸管的闭锁实现第一级切除，改变VSC拓扑结构使直流侧出现故障电流零点；第二级切除直接在直流侧跳开交流断路器，故障电弧在电流过零点处熄灭。
步骤如下：
(1)直流侧保护在VSC电容支路上检测电容放电电流；
(2)双向晶闸管控制端信号根据交流侧其他两相电流之和的相反数ic给出，在ic由负变正时刻触发正向晶闸管，在ic由正变负时刻触发反向晶闸管保证VSC正常运行；
(3)故障下检测到过电流后将闭锁信号发送至IGBT与双向晶闸管控制端，实现第一级切除；
(4)第一级切除后进行故障定位，之后发送跳闸信号至交流断路器，实现第二级切除；
(5)解锁IGBT与晶闸管恢复系统正常运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
克服了现阶段直流断路器存在的缺陷：塑壳断路器灭弧效果不佳，会出现强制灭弧过电压；固态断路器通态损耗大；混合式断路器技术不成熟，生产成本高，难以在低压配网推广。因此本方案在直流断路器尚未发展成熟的过渡性阶段具有较好的经济性与实用性。
附图说明
图1为分级切除方案原理与控制示意图以及各部分电流波形。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明作进一步的详细说明。
该方案需要在交直流互联系统连接处的VSC交流侧其中一桥臂上安装一个双向晶闸管。在正常运行情况下，双向晶闸管的触发控制信号通过另外两相电流获得，此处为-(ia+ib)，理论上等于晶闸管安装相实时电流ic。因此在ic由负变正时刻触发正向晶闸管，在ic由正变负时刻触发反向晶闸管即可保证换流器正常运行。故障发生后VSC内IGBT过流闭锁信号发出，同时闭锁VSC内的IGBT与晶闸管，IGBT瞬间实现闭锁，仍处于导通的晶闸管晶闸管导通电流下降，在电流下降为0后电流变化率也突变为0，因此VSC阀侧电感上的电压也突变为0，晶闸管瞬间承受反压并关断。在晶闸管与IGBT均关断后VSC拓扑结构发生改变，成为单相不控全桥整流电路，在每个工频周期出现两次电流过零点。该过程完成时间在20ms以内。
在第一级切除完成后，可通过剩余故障电流实现故障定位，故障定位完成后立刻通过触发直流系统中的交流断路器完成第二级切除。根据交流断路器动作时间约100ms左右，整个完成过程在150ms以内。
切除方案具体执行如下步骤：
(1)直流侧保护在故障发生后1ms内检测到电容放电电流，过电流闭锁信号发送至IGBT与晶闸管控制端。
(2)闭锁信号发送后IGBT瞬时闭锁，反向晶闸管还流过电流，3ms后该电流下降为0，晶闸管随即闭锁。
(3)闭锁后直流侧出现正弦半波故障电流，1～2ms故障故障定位程序实现故障定位后发送跳闸信号至交流断路器。
(4)安装在直流电缆两端的交流断路器经过约90ms的动作时间后断开故障线路，系统电压大幅度上升。
(5)10ms后解锁IGBT与晶闸管，直流侧电容充电，系统恢复正常运行。

Claims (2)

1.一种基于VSC的交直流互联系统故障分级切除方法，通过安装与VSC交流侧其中一个桥臂上的双向晶闸管的闭锁实现第一级切除，改变VSC拓扑结构使直流侧出现故障电流零点。第二级切除直接在直流侧跳开交流断路器，故障电弧在电流过零点处熄灭。
2.根据权利要求1所述的切除方法，其特征在于，切除步骤如下：
(1)直流侧保护在VSC电容支路上检测电容放电电流；
(2)双向晶闸管控制端信号根据交流侧其他两相电流之和的相反数ic给出，在ic由负变正时刻触发正向晶闸管，在ic由正变负时刻触发反向晶闸管保证VSC正常运行；
(3)故障下检测到过电流后将闭锁信号发送至IGBT与双向晶闸管控制端，实现第一级切除；
(4)第一级切除后进行故障定位，之后发送跳闸信号至交流断路器，实现第二级切除；
(5)解锁IGBT与晶闸管恢复系统正常运行。
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