CN109494690B - 一种直流微电网电路的故障保护策略 - Google Patents

一种直流微电网电路的故障保护策略 Download PDF

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Abstract

本发明一种直流微电网电路的故障保护策略，通过对系统中的电力电子设备的容量进行排序得到系统中的薄弱设备，再判断故障电流与薄弱设备的承受能力，当故障电流超出薄弱设备的承受能力时，采用优先保护薄弱设备的控制策略，直到承受能力低于故障电流的薄弱设备被切除后，再采用切除故障点的策略完成对直流微电网电路的保护，解决了故障电流回灌导致的过电压和过电流对设备的损坏问题，本发明在不增加新的硬件设备的情况下，仅通过对系统中已有的断路器进行组合控制达到继电保护的策略，解约了成本。

Description

一种直流微电网电路的故障保护策略
技术领域
本发明属于微电网技术领域，具体涉及一种直流微电网电路的故障保护策略。
背景技术
全桥模块和半桥模块是电力电子换流器常常采用的主要拓扑模块，具体拓扑如图1所示。例如，MMC型的柔性直流输电系统采用的就是半桥模块或者全桥模块；电力电子变压器以及SVG等设备采用的也是全桥模块。采用半桥模块或者全桥模块的设备在运行中存在一个问题，当故障导致电流回灌时，存在过电压以及过电流的问题，可能会导致设备受损。
以电力电子变压器为例，目前电力电子变压器主要采用的拓扑如图1所示，拓扑的左边采用并联连接方式，右边采用串联的连接方式，定义左边为低压侧，右边为高压侧。整个电力电子变压器采用模块化的拓扑，基本模块是DAB部分加全桥模块部分。采用后级加全桥拓扑的结构可以很好的解决高压侧发生直流故障时，故障电流从电力电子变压器侧注入高压直流侧的故障点，但是对于来自高压直流侧的反灌的故障电流无法阻断；该故障电流会从高压侧经过全桥模块的二极管注入高压侧电容，导致电容电压升高，同时较大的故障电流还会导致二极管器件得到损坏，现有的技术无法解决上述回灌电流对设备的损坏问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种直流微电网电路的故障保护策略，以解决上述故障电流回灌导致的过电压和过电流对器件的损坏问题。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种直流微电网电路的故障保护策略，包括以下步骤：
步骤1，根据设备的容量对电路中各电力电子设备进行排序；
步骤2，将故障点所产生的回灌电流与排序后电力电子设备进行比较，对承受能力低于回灌电流的薄弱设备采取优先保护的控制策略，待薄弱设备被切除后，再采用切除故障点的保护策略。
进一步的，步骤1中所述设备为包含有半桥模块或全桥模块的电力电子设备。
进一步的，步骤1中所述设备的容量包括：电力电子设备的电流应力和电压应力。
进一步的，所述步骤2中，通过分析故障点所产生的故障电流/电压与薄弱设备的耐受电流/电压之间的关系，判断回灌电流是否超出薄弱设备的承受能力，当故障电流/电压大于设备的耐受电流/电压时，表明回灌电流超出薄弱设备的承受能力。
进一步的，所述步骤2中，优先保护薄弱设备的具体方法为：通过对设置在电路中的直流断路器进行组合控制，切断薄弱设备与回灌电流的连接回路，实现对薄弱设备的优先保护。
进一步的，所述步骤2中，当故障点所产生的回灌电流低于容量最小的电力电子设备时，直接采用切除故障点的保护策略。
进一步的，所述切除故障点的保护策略具体方法为：根据电力电子设备对故障检测指标和故障特性的响应时间，通过控制直流断路器依次将故障点以及电力电子设备与直流线路断开连接。
进一步的，所述直流断路器包括端口直流断路器和T接直流断路器。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
本发明通过对电路中各设备的容量进行分析和排序，得到电路中的薄弱设备；通过对电路中已有的断路器进行组合控制，当故障电流/电压超出薄弱设备的耐受电流/电压时，通过改变原有的继电保护策略，实行优先保护薄弱设备的方式，即可解决电流回灌对电路设备的损坏问题，本发明无需添加额外的硬件设备，大大降低了运行成本。
附图说明
图1为半桥模块和全桥模块的拓扑图；
图2为本发明实施例所采用的一种典型的电力电子变压器的拓扑图；
图3为本发明实施例中一种典型工况下的4端直流微电网结构示意图；
图4为本发明实施例中直流故障发生后的故障电流路径示意图；
图5为本发明实施例中换流站闭锁后的故障电流路径示意图；
图6为本发明实施例中鸡山换流站2-端口直流断路器断开后的故障电流示意图；
图7为本发明实施例中流入电力电子变压器电流波形、端口电压以及模块电容电压波形；
图8为本发明实施例中鸡山换流站2-T接直流断路器断开后的故障电流流通路径示意图；
图9为本发明实施例中采用优先保护薄弱设备的策略后，流入电力电子变压器的故障电流、端口故障电压以及模块电容电压的波形；
图10为本发明实施例中故障分析及器件保护的控制流程图；
图11为本发明的控制策略流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种直流微电网电路的故障保护策略进行详细说明。
图2为电力电子变压器目前主要采用的拓扑图，整个电力电子变压器采用模块化的拓扑，该拓扑图中包含有DAB部分和图1所示的全桥模块部分。
如图3所示为一种典型的故障工况示意图，图中四个端口换流站分别为鸡山换流站1、鸡山换流站2、唐家湾换流站以及电力电子变压器端。这四个端口之间采用直流线路连接。其中鸡山换流站1、唐家湾换流站和鸡山换流站2均为柔性直流输电设备，采用MMC拓扑，且鸡山换流站1采用全桥拓扑具有直流故障阻断能力，鸡山换流站2和唐家湾换流站采用半桥拓扑，不具有直流故障阻断能力；直流线路上连接有直流断路器。
当鸡山换流站2，出现直流双极故障后，按照常规的故障策略，直流断路器应该动作切除故障。具体的故障时序为，直流双极故障发生的时间是3.95s，故障检测时间定义为1ms，1ms后即3.951s鸡山换流站1(采用的是全桥模块)和鸡山换流站2(采用的是半桥模块)闭锁，电力电子变压器也在3.951s闭锁；3.952s唐家湾换流站闭锁；3.954s，鸡山换流站2-T接直流断路器断开。
图4给出了故障初始时刻的故障电流路径示意图，当鸡山换流站2发生双极对地故障时，故障开始时刻，四个端口都会向故障点注入故障电流。当3.951s，鸡山换流站1和鸡山换流站2以及电力电子变压器都闭锁后，鸡山换流站1采用的是全桥拓扑可以将故障电流回路切断，同样电力电子变压器也是采用故障隔断型结构，也可以将故障电流切断。由于唐家湾换流站和鸡山换流站2采用的是半桥结构，在交流侧断路器断开之前，无法将电流回路切断，此时故障电流回路的示意图如图5所示。
当3.954s，鸡山换流站2-端口接直流断路器断开后，该故障电流的能量会有一小部分由断路器旁边的避雷器吸收，其余的大部分故障电流会流向电力电子变压器。此时故障电流回路的示意图如图6所示。
图7为流入电力电子变压器的故障电流、电力电子变压器的端口电压和模块电容电压的波形，从图中可以看出，流入电力电子变压器的故障电流可以达到1.1kA以上，而电力电子变压器的额定电流为100A，显然这个故障电流已经超过了电力电子变压器的器件电流耐受能力，所以必须采取相应的措施解决该问题。
如果采用本专利中提出的方法，首先判断故障电流/电压与设备耐受电流/电压之间的关系，可以发现，在该四端直流微电网中的薄弱设备是电力电子变压器，因此在进行保护策略设置时需要优先考虑对电力电子变压器的保护，即对于电力电子变压器的保护动作优先于故障点的切除动作。因此当上述故障点发生接地故障时，通过逻辑判断，首先断开鸡山换流站2-T接直流断路器，然后再断开鸡山换流站2-端口直流断路器。按照上述策略进行保护配置后，鸡山换流站2-T接直流断路器断开后，电流的流通路径如图8中所示，原来流经断路器的故障电流除一小部分被与断路器并联的避雷器吸收后，大部分能量会流向鸡山换流站1，由于鸡山换流站1的模块数较多，对故障电流的衰减能力较强，并且对故障电流的承受能力较强，因此，故障电流流入鸡山换流站1不会对其器件造成损坏。被避雷器吸收的一小部分能量还是会流入电力电子变压器，但是由于能量被大大削减，已经不会对电力电子变压器造成损坏。
图9为流入电力电子变压器的故障电流、电力电子变压器的端口电压和电容电压的波形。可以看出当T端口断路器配合跳闸时，流入电力电子变压器的电流明显减小，已经在器件的电流耐受范围之内，同时电压也不超过设备的电压耐受范围。
以上分析可以说明，鸡山换流站2端口直流断路器和T接直流断路器的跳闸时间配合时，可以解决上述电力电子变压器的过电流问题，即通过对断路器保护策略的调整，采用优先保护电力电子变压器，然后再切除故障点的方法，可以显著降低流入电力电子变压器的故障电流和故障电压，使得故障电流和故障电压在电力电子变压器的承受能力范围内，避免了对电力电子变压器的损坏。
对于电路中有多个薄弱设备的承受能力低于回灌电流时，控制策略依然为优先断开这些承受能力低的薄弱设备与故障电流的流经回路，以此实现对这些薄弱设备的优先保护；然后再采用切除故障点的策略保护电路中的其他设备。
参照图10和图11，针对本实施例，本发明中优先保护薄弱设备即电力电子变压器的保护策略如下：
1.首先分析系统的各个端口的故障电流和电压的耐受能力，并对系统的故障电压和故障电流的耐受能力进行排序；在本实施例中，根据四个端口设备的电流耐受能力和电压耐受能力得到，唐家湾换流站的容量最大，其次是鸡山换流站1和鸡山换流站2，最小的时电力电子变压器，因此各个端口的故障电流和故障电压的耐受能力排序为：唐家湾换流站＞鸡山换流站1＝鸡山换流站2＞电力电子变压器，在确定好系统的最薄弱环节之后，可以在后续的继电保护方案中首先保护系统的最薄弱设备。
2.对系统发生故障的位置及其产生的影响进行分析：分析系统不同位置出现故障会对系统中最薄弱的部分产生什么样的影响，在本实施例中，首先分析不同端口的直流故障对电力电子变压器的回灌电流是否对设备器件造成损坏，如果会造成损坏，则需要改变原有的故障保护策略，将对电力电子变压器的保护优先级提高；如果不会造成损坏，则按照原有的故障保护逻辑进行保护。
3.针对会对电力电子变压器产生损坏的故障类型，设计有限保护电力电子变压器的故障保护策略，在本实施例中，当鸡山换流站2发生故障时，原有的继电保护策略应该为首先切除故障点，即鸡山换流站2的端口直流断路器首先动作；如果采用优先保护电力电子变压器的继电保护策略，应该采取切断电流通向电力电子变压器的路径，即鸡山换流站2-T接直流断路器或者唐家湾换流站T接直流断路器或者唐家湾换流站端口直流断路器中的任何一个或多个先于鸡山换流站2端口直流断路器动作，即可保证故障电流不会回灌入电力电子变压器。

Claims (6)

1.一种直流微电网电路的故障保护策略，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据设备的容量对电路中各电力电子设备进行排序；
步骤2，将故障点所产生的回灌电流与排序后电力电子设备进行比较，对承受能力低于回灌电流的薄弱设备采取优先保护的控制策略，待薄弱设备被切除后，再采用切除故障点的保护策略；
步骤1中所述设备的容量包括：电力电子设备的电流应力和电压应力；
所述步骤2中，通过分析故障点所产生的故障电流/电压与薄弱设备的耐受电流/电压之间的关系，判断回灌电流是否超出薄弱设备的承受能力，当故障电流/电压大于设备的耐受电流/电压时，表明回灌电流超出薄弱设备的承受能力。
2.如权利要求1所述的一种直流微电网电路的故障保护策略，其特征在于，步骤1中所述设备为包含有半桥模块或全桥模块的电力电子设备。
3.如权利要求1所述的一种直流微电网电路的故障保护策略，其特征在于，所述步骤2中，优先保护薄弱设备的具体方法为：通过对设置在电路中的直流断路器进行组合控制，切断薄弱设备与回灌电流的连接回路，实现对薄弱设备的优先保护。
4.如权利要求1所述的一种直流微电网电路的故障保护策略，其特征在于，所述步骤2中，当故障点所产生的回灌电流低于容量最小的电力电子设备时，直接采用切除故障点的保护策略。
5.如权利要求1或4所述的一种直流微电网电路的故障保护策略，其特征在于，所述切除故障点的保护策略具体方法为：根据电力电子设备对故障检测指标和故障特性的响应时间，通过控制直流断路器依次将故障点以及电力电子设备与直流线路断开连接。
6.如权利要求5所述的一种直流微电网电路的故障保护策略，其特征在于，所述直流断路器包括端口直流断路器和T接直流断路器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0993784A (ja) * 1995-09-28 1997-04-04 Katagiri Seisakusho:Kk 節電及び過負荷回避装置とそれを用いた節電及び過負荷回避方法
US20170353035A1 (en) * 2014-12-17 2017-12-07 United Technologies Corporation Islanding detection method based on torque oscillations of internal combustion engines
CN104600833B (zh) * 2014-12-24 2017-02-22 广州供电局有限公司 备自投投退组合确定方法和系统
CN106712072B (zh) * 2017-02-28 2019-04-09 湖南大学 一种柔性直流输电系统电压等级优化设计方法
CN107578118B (zh) * 2017-07-21 2022-10-11 中国电力科学研究院 一种直流输电系统滤波器投切策略的优化方法及其装置
CN108512432B (zh) * 2018-06-08 2024-02-27 特变电工新疆新能源股份有限公司 一种具有阻断双向故障电流功能的电力电子变压器

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