CN109861239A - 基于facts技术的statcom层次化保护策略 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于FACTS技术的STATCOM层次化保护策略，包括三个部分：器件级保护、阀单元级保护、系统级保护，所述器件级保护集成在IGBT驱动适配板中，所述阀单元级保护集成在子控制板卡中；系统级保护当前工况中的异常电气参量进行逻辑判断并提供保护措施。本发明的有益效果：当STATCOM处于异常、紧急及故障等不同状态时,通过器件级保护、阀单元级保护、系统级保护，三个层次的保护策略,提高了装置在电力系统中的生存能力，保证了STATCOM装置的安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及FACTS技术在电网中应用的方法，尤其涉及基于FACTS技术的STATCOM层次化保护策略，属于电力控制领域。
背景技术
根据国家可再生能源发展规划要求，我国风力发电、光伏发电等新能源发电事业蓬勃发展。目前，我国并网风电装机容量超过5000万千瓦，成为世界第一风电大国。然而，适合大规模开发风电的地区一般都处于电网末端，此处电网网架结构比较薄弱，而且风能具有随机性和间歇性，是一种不稳定的能源，风电机组的有功出力随着风速而随机变化，因而大型风电机组并网给电力系统安全、稳定运行带来重大的影响。
风电、光伏发电等新能源发电的大规模集中接入，使得超/特高压输电通道上潮流变化更加频繁，无功电压波动频度快、幅度大，进一步加剧了无功电压控制的难度。新能源发电大规模集中接入下超/特高压电网的安全、稳定运行已成为制约我国电网发展的技术难题之一。
目前的研究结果表明：应用灵活交流输电系统（Flexible AC TransmissionSystem，简称FACTS）装置是解决该难题的重要技术手段之一。结合蒙东超、特高压电网建设规划，风电等新能源为主且外送需求较大的系统的特殊性，根据大容量FACTS装置的技术性能特点，对FACTS技术的功能要求分析研究基于FACTS技术的STATCOM层次化保护策略在蒙东电网应用。
STATCOM（Static Synchronous Compensator, 静止同步补偿器）是当今无功补偿领域最新技术的代表，属于FACTS的重要组成部分。STATCOM并联于电网中，相当于一个可控的无功电源，其无功电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化，自动补偿电网系统所需无功功率，对电网无功功率实现动态无功补偿，当 STATCOM装置处于异常、紧急及故障等不同状态时需要采用不同的策略用以保护装置。
发明内容
为了解决上述问题，本发明目的在于克服技术缺陷，提供一种基于FACTS技术的STATCOM层次化保护策略，其技术方案如下：
基于FACTS技术的STATCOM层次化保护策略，包括三个部分：器件级保护、阀单元级保护、系统级保护，所述器件级保护集成在IGBT驱动适配板中，所述阀单元级保护集成在子控制板卡中；系统级保护当前工况中的异常电气参量进行逻辑判断并提供保护措施。
器件级保护包括如下步骤：
当IGBT工况发生异常及实现主动保护后会上送故障反馈信号；
控制保护系统在接受到该信号后，对产生异常工况的链节进行故障旁路，使其从换流链中切除；
同时备用的冗余单元解除冗余旁路投入运行，以保证阀端电压输出的电平数；
器件级保护动作时限不超过10μs。
当发生单个链节阀单元级故障时，其被可靠旁路，从串联的换流链中切除；
将备用单元转入运行；
当故障阀单元数目超过设定值时，成套设备将闭锁；
当故障严重时将跳闸脱网。
阀单元级保护时间不超过1ms。
系统级保护设置动作时限为5-2000ms。
本发明的有益效果：当STATCOM处于异常、紧急及故障等不同状态时,通过器件级保护、阀单元级保护、系统级保护，三个层次的保护策略,提高了装置在电力系统中的生存能力，保证了STATCOM装置的安全运行。
附图说明
图1 为STATCOM层次化保护策略示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做详细的说明。
实施例1
器件级保护为阀单元中IGBT功率元件等提供直接保护，其动作时限不超过10μs，器件级保护通过设计专用的检测及动作逻辑硬件电路来实现，主要包括：IGBT功率器件短路电流保护、IGBT驱动电源异常保护、IGBT关断电压尖峰抑制（有源箝位）等。
器件级保护多设计集成在IGBT驱动适配板中，IGBT工况发生异常驱动板及时实现主动保护（封锁脉冲，可靠关断IGBT）后均会上送故障反馈信号至其SO管脚，STATCOM控制保护系统在接受到该信号后，对产生异常工况的链节进行故障旁路，使其从换流链中切除，同时备用的冗余单元解除冗余旁路投入运行，以保证阀端电压输出的电平数。
实施例2
阀单元级保护主要针对各个链节异常工况如子控制系统故障、控制电源故障、过温故障、直流电容电压过压、驱动脉冲异常等提供可靠保护，其检测及判断电路设计为集成在子控制板卡中，当发生单个链节阀单元级故障时，其被可靠旁路，从串联的换流链中切除，并将备用单元转入运行，当故障阀单元数目超过设定值时，成套设备将闭锁，严重时将跳闸脱网以实现阀组的最大保护。阀单元级保护时间通常不超过1ms。
以阀单元直流电容电压保护为例，子控制板卡检测到电容电压超过其软件设定值后，判断阀单元出现过压故障，将故障信息上送上级控制系统，并在允许的情况下将本阀单元旁路。该保护可以有效防止预充电和运行过程中故障导致的各功率单元的直流侧过电压，避免了IGBT过压损毁。
实施例3
系统级保护类似电力系统设备常规保护，其针对STATCOM成套设备当前工况中的异常电气参量进行逻辑判断并提供跳闸等保护措施，其针对的故障通常为较严重的系统性故障。其主要包括：系统过压/欠压、过频/欠频、过流、接地、冷却系统故障以及控制保护系统闭锁或失电等二次开入保护。系统级保护设置动作时限通常为5-2000ms。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (6)
1.基于FACTS技术的STATCOM层次化保护策略，其特征在于：包括三个部分：器件级保护、阀单元级保护、系统级保护，所述器件级保护集成在IGBT驱动适配板中，所述阀单元级保护集成在子控制板卡中；所述系统级保护，是当前工况中的异常电气参量进行逻辑判断并提供保护措施。
2.根据权利要求1所述的基于FACTS技术的STATCOM层次化保护策略，其特征在于：器件级保护包括如下步骤：
当IGBT工况发生异常及实现主动保护后会上送故障反馈信号；
控制保护系统在接受到该信号后，对产生异常工况的链节进行故障旁路，使其从换流链中切除；
同时备用的冗余单元解除冗余旁路投入运行，以保证阀端电压输出的电平数。
3.根据权利要求2所述的基于FACTS技术的STATCOM层次化保护策略，其特征在于：器件级保护动作时限不超过10μs。
4.根据权利要求1所述的基于FACTS技术的STATCOM层次化保护策略，其特征在于：阀单元级保护包括如下步骤：
当发生单个链节阀单元级故障时，其被可靠旁路，从串联的换流链中切除；
将备用单元转入运行；
当故障阀单元数目超过设定值时，成套设备将闭锁；
当故障严重时将跳闸脱网。
5.根据权利要求1所述的基于FACTS技术的STATCOM层次化保护策略，其特征在于：阀单元级保护时间不超过1ms。
6.根据权利要求1所述的基于FACTS技术的STATCOM层次化保护策略，其特征在于：系统级保护设置动作时限为5-2000ms。
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