CN109687419A - 一种基于电容保护的中压直流配网故障限流方案 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于电容保护的中压直流配网故障限流方案，所述限流方案内包括内置IGBT元件的电容保护装置，所述电容保护装置具备IGBT自保护特性可抑制电路故障时的过流现象；所述限流方案包括以下步骤；步骤S1：利用电容保护装置自启动抑制过流情况；步骤S2：获取各馈线保护安装处采集到的直流电压、直流电流信息，与整定值进行比较，并按比较结果来生成触发信号；步骤S3：利用步骤S2所得的信号向双向晶闸管发送触发导通信号；步骤S4：利用步骤S3所得的触发完成信号向门控晶闸管发送关断信号；本发明对配电网故障的响应速度快且兼容性强。

Description

一种基于电容保护的中压直流配网故障限流方案
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，尤其是一种基于电容保护的中压直流配网故障限流方案。
背景技术
直流配电技术是当前国内外研究、应用的热点课题和发展方向。随着分布式发电、直流储能设备的不断发展以及直流负荷的广泛应用，直流配电技术应用于舰船供电、地铁牵引系统、国际空间站以及工业园区越来越普遍，但由于直流配电网涉及的电网结构复杂、保护技术不够成熟，特别是故障限流技术，以致不能很好应用于实际。直流网络发生故障时，直流侧滤波电容以及交流电源向故障点注入电流，瞬时电流将达到额定电流的几十倍，会对直流线路以及换流站内部造成极大危害。
传统的中压直流配网故障限流方案主要基于直流侧限流以及换流器限流两个方向，直流侧故障限流的本质是通过增大故障回路电阻或电感进行限流，但此类方案对于故障检测以及故障限流器动作时间要求较高；而利用换流器限流的方式主要是基于电力电子器件隔离交直流故障，但由于无法对于直流侧电容放电进行限制，故需要其他限流方案进行配合。
发明内容
本发明提出一种基于电容保护的中压直流配网故障限流方案，响应速度快且兼容性强。
本发明采用以下技术方案。
一种基于电容保护的中压直流配网故障限流方案，所述限流方案内包括内置IGBT元件的电容保护装置，所述电容保护装置具备IGBT自保护特性可抑制电路故障时的过流现象；所述限流方案包括以下步骤；
步骤S1：利用电容保护装置自启动抑制过流情况；
步骤S2：获取各馈线保护安装处采集到的直流电压、直流电流信息，与整定值进行比较，并按比较结果来生成触发信号；
步骤S3：利用步骤S2所得的信号向双向晶闸管发送触发导通信号；
步骤S4：利用步骤S3所得的触发完成信号向门控晶闸管发送关断信号。
所述步骤S1具体为，当电路故障发生时，利用设计的电容保护装置IGBT自保护特性，把工作电路切换为电容保护装置所接入的限流电阻回路，以限制短路电流的上升。
当电路未发生故障时，电容保护装置IGBT导通，电容保护装置连接的限流电阻回路被旁路，所述限流电阻回路的接通损耗为可忽略的值。
步骤S2具体为，利用直流馈线出线首端的电压、电流互感器，实时监测并获取直流配网中的直流电压、直流电流信息，若直流电压突变量超过整定值，则生成晶闸管触发信号。
步骤S3具体为，利用步骤S2生成的晶闸管触发信号使交流侧的双向晶闸管触发导通，让交流侧产生三相短路使交流电源停止向换流站注入电流，在步骤S3中，直流侧故障电流主要由滤波电容放电产生。
所述步骤S4具体为：利用S3步骤双向晶闸管的触发完成信号，向滤波电容前端的门控晶闸管发送开断端信号，将故障隔离于换流站以及交流侧的可靠位置，完成对于直流故障的限流保护。
所述电容保护装置包括由双向IGBT并联限流电阻组成的电容保护模块；所述限流电阻的阻值可变。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
1、本发明利用IGBT自闭锁特性，使电容保护模块能够快速有效的对电容放电回路进行限流，保护了直流侧线路，相比传统限流方案无需限流器启动环节，因此，用基于IGBT的电容保护模块更为便捷。
2、本发明采用电容保护模块与双向晶闸管、门控晶闸管结合的限流方案可以很好的对故障进行先限流后隔离的保护，相比传统的限流方案，本文方法获得的限流以及故障隔离效果更好。
3、本发明基于电容保护的中压直流配网故障限流方案，能够给予故障检测以及故障隔离相对充裕的时间，结构简单，易于工程上应用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的电路示意图；
附图2是双极短路故障的仿真波形；
附图3是本发明对双极接路故障处理过程的仿真波形；
附图4是本发明的工作流程示意图；
图中：1-电容保护装置；2-双向晶闸管；3-门控晶闸管。
具体实施方式
如图1-4所示，一种基于电容保护的中压直流配网故障限流方案，所述限流方案内包括内置IGBT元件的电容保护装置1，所述电容保护装置具备IGBT自保护特性可抑制电路故障时的过流现象；所述限流方案包括以下步骤；
步骤S1：利用电容保护装置自启动抑制过流情况；
步骤S2：获取各馈线保护安装处采集到的直流电压、直流电流信息，与整定值进行比较，并按比较结果来生成触发信号；
步骤S3：利用步骤S2所得的信号向双向晶闸管2发送触发导通信号；
步骤S4：利用步骤S3所得的触发完成信号向门控晶闸管3发送关断信号。
所述步骤S1具体为，当电路故障发生时，利用设计的电容保护装置IGBT自保护特性，把工作电路切换为电容保护装置所接入的限流电阻回路，以限制短路电流的上升。
当电路未发生故障时，电容保护装置IGBT导通，电容保护装置连接的限流电阻回路被旁路，所述限流电阻回路的接通损耗为可忽略的值。
步骤S2具体为，利用直流馈线出线首端的电压、电流互感器，实时监测并获取直流配网中的直流电压、直流电流信息，若直流电压突变量超过整定值，则生成晶闸管触发信号。
步骤S3具体为，利用步骤S2生成的晶闸管触发信号使交流侧的双向晶闸管触发导通，让交流侧产生三相短路使交流电源停止向换流站注入电流，在步骤S3中，直流侧故障电流主要由滤波电容放电产生。
所述步骤S4具体为：利用S3步骤双向晶闸管的触发完成信号，向滤波电容前端的门控晶闸管发送开断端信号，将故障隔离于换流站以及交流侧的可靠位置，完成对于直流故障的限流保护。
所述电容保护装置包括由双向IGBT并联限流电阻组成的电容保护模块；所述限流电阻的阻值可变。
实施例：
在本实施例中，研究的中压直流配电网运行状态包括：正常运行状态、故障状态以及故障限流状态（包括两极接地故障以及单极接地故障）。
在本实施例中，首先利用 PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了基于电压源换流器（VSC）的15kV（±7.5 kV）直流配电网结构，并在仿真模型各部分中加入限流模块，如图一所示，其中电容保护装置1由双向IGBT并联限流电阻组成，模型中采用可变电阻根据实际需要调节限流电阻大小；双向晶闸管2是由两个晶闸管（Thyristor）反并联而成;单向晶闸管由门控晶闸管3（Gate Turn-Off Thyristor）组成。然后模拟正常运行时分别发生单极接地故障以及极间短路故障（不加限流装置），故障时间设置在正常运行后0.5s，故障波形如附图2所示。然后模拟故障发生后投入限流装置，故障发生时，利用设计的电容保护装置IGBT自保护特性，切换工作电路，接入限流电阻回路限制短路电流的上升；利用直流馈线出线首端的电压、电流互感器，获取实时监测直流配网中的直流电压、直流电流信息，生成晶闸管触发信号；交流侧双向晶闸管触发导通，交流侧三相短路，交流侧相应保护启动，交流电源停止向换流站注入电流；最后滤波电容前端的门控晶闸管发送开断端信号，将故障处于换流站以及交流侧可靠隔离，完成对于直流故障的限流保护，故障处理波形如附图3所示。

Claims (7)

1.一种基于电容保护的中压直流配网故障限流方案，其特征在于：所述限流方案内包括内置IGBT元件的电容保护装置，所述电容保护装置具备IGBT自保护特性可抑制电路故障时的过流现象；所述限流方案包括以下步骤；
步骤S1：利用电容保护装置自启动抑制过流情况；
步骤S2：获取各馈线保护安装处采集到的直流电压、直流电流信息，与整定值进行比较，并按比较结果来生成触发信号；
步骤S3：利用步骤S2所得的信号向双向晶闸管发送触发导通信号；
步骤S4：利用步骤S3所得的触发完成信号向门控晶闸管发送关断信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于电容保护的中压直流配网故障限流方案，其特征在于：所述步骤S1具体为，当电路故障发生时，利用设计的电容保护装置IGBT自保护特性，把工作电路切换为电容保护装置所接入的限流电阻回路，以限制短路电流的上升。
3.根据权利要求2所述的一种基于电容保护的中压直流配网故障限流方案，其特征在于：当电路未发生故障时，电容保护装置IGBT导通，电容保护装置连接的限流电阻回路被旁路，所述限流电阻回路的接通损耗为可忽略的值。
4.根据权利要求1所述的一种基于电容保护的中压直流配网故障限流方案，其特征在于：步骤S2具体为，利用直流馈线出线首端的电压、电流互感器，实时监测并获取直流配网中的直流电压、直流电流信息，若直流电压突变量超过整定值，则生成晶闸管触发信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于电容保护的中压直流配网故障限流方案，其特征在于：步骤S3具体为，利用步骤S2生成的晶闸管触发信号使交流侧的双向晶闸管触发导通，让交流侧产生三相短路使交流电源停止向换流站注入电流，在步骤S3中，直流侧故障电流主要由滤波电容放电产生。
6.根据权利要求1所述的一种基于电容保护的中压直流配网故障限流方案，其特征在于：所述步骤S4具体为：利用S3步骤双向晶闸管的触发完成信号，向滤波电容前端的门控晶闸管发送开断端信号，将故障隔离于换流站以及交流侧的可靠位置，完成对于直流故障的限流保护。
7.根据权利要求1所述的一种基于电容保护的中压直流配网故障限流方案，其特征在于：所述电容保护装置包括由双向IGBT并联限流电阻组成的电容保护模块；所述限流电阻的阻值可变。
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刘剑 等: "多端VSC-HVDC直流线路故障限流及限流特性分析", 《中国电机工程学报》 *

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