CN110912088B - 一种多端直流工程基于高速并联开关的保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多端直流工程领域，具体而言，涉及一种多端直流工程基于高速并联开关的保护系统。系统HVDC输送功率工况下运行时，若某一高速并联开关发生偷跳，保护通过判断开关位置及流过HSS电流是否超过定值，延时出口重合某一高速并联开关或闭锁相应极；无直流功率传输的工况运行时，根据极母线上测量的直流电压和该极母线直流电流来判断HSS是否偷跳。多端直流工程在任何运行方式下，高速并联开关发生(HSS)偷跳都有相应的保护措施进行处理，保证多端直流工程按照设计方案执行策略。

Description

一种多端直流工程基于高速并联开关的保护系统

技术领域

本发明涉及多端直流工程领域，具体而言，涉及一种多端直流工程基于高速并联开关的保护系统。

背景技术

现有的常规直流工程中存在多种直流开关，为防止直流开关偷跳配置了直流开关保护系统，其保护基本原理是：开关由合闸状态变为分闸状态后，若存在电流，则判断开关偷跳，此时直流开关保护动作出口。

多端直流工程配置有高速并联开关(HSS)，常规直流工程中的保护原理仅考虑了系统HVDC输送功率工况下HSS发生偷跳的情况，未考虑OLT/STATCOM、柔直换流站充电等工况下HSS发生偷跳的情况，因此可能导致HSS偷跳而未被发现的情况。进而给多端直流工程运维带来重大风险，威胁人生安全、设备安全、电网安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多端直流工程基于高速并联开关的保护系统，其能够在多端直流工程运行的多个过程中监测HSS偷跳。

本发明的实施例是这样实现的：

一种多端直流工程基于高速并联开关的保护系统，其特征是：所述多端直流工程包括汇流母线、送端换流站、若干受端换流站和若干高速并联开关；所述送端换流站至少一极连接所述汇流母线的一端；若干受端换流站至少一极设置有连接所述汇流母线的极母线；每个极母线均设置有高速并联开关；所述汇流母线于相邻两个受端换流站之间也设置有高速并联开关；汇流母线于汇流母线的高速并联开关两侧均设置有隔离开关；

系统HVDC输送功率工况下运行时，若某一高速并联开关发生偷跳，保护通过判断开关位置及流过HSS电流是否超过定值，延时出口重合某一高速并联开关或闭锁相应极；

无直流功率传输的工况运行时，在换流阀带电情况下，若某一极母线上的高速并联开关位置在分位，满足该极母线上测量的直流电压|UdCH|>Uset，该极母线直流电流|IdCH|≤Iset，则认为该高速并联开关在无直流功率传输的工况下发生偷跳，经过延时后重合该高速并联开关，若重合不成功，延时发出本站紧急停运命令；

无直流功率传输的工况运行时，汇流母线区域对应极的高速并联开关保护判据如下：

若高速并联开关位置在分位，同时满足高速并联开关两侧隔离开关在合位、|汇流母线电压-高速并联开关对应出线侧线路电压|>Uset、高速并联开关对应出线侧线路电流|IdL|≤Iset，则认为高速并联开关在无直流功率传输的工况下发生偷跳，延时后重合开关，若重合不成功，延时发送端换流站和所有受端换流站的紧急停运命令。

进一步地，所述汇流母线设置有两个；所述受端换流站设置有两个；所述送端换流站两极各连接一个所述汇流母线；两个所述受端换流站的两极各通过一个极母线连接至一个所述汇流母线。

进一步地，受端换流站极母线的高速并联开关保护判据如下：仅在受端换流站一极HVDC输送功率工况下，本极高速并联开关变为分位时，若|IdCH|>Iset，则判断相应的高速并联开关发生偷跳，延时出口重合或闭锁所有站。

进一步地，所述送端换流站两极各连接一个所述汇流母线；若干所述受端换流站的两极各通过一个极母线连接至一个所述汇流母线；

汇流母线的高速并联开关保护判据如下：高速并联开关出线侧换流站的一极在HVDC输送功率工况下，高速并联开关变为分位时，若高速并联开关出线侧线路电流|IdL|>Iset，则判断高速并联开关发生偷跳，延时出口重合或闭锁所有站。

本发明的有益效果是：

1、本发明满足多端直流工程多种运行方式的需求：在任何运行方式下，高速并联开关发生(HSS)偷跳都有相应的保护措施进行处理，保证多端直流工程按照设计方案执行策略，保证人生安全、设备安全、电网安全，进而保证直流系统的安全稳定运行，提高直流通道可用率；

2、本发明减少设备投资：多端直流工程采用本发明的保护原理后，不需要在每台高速并联开关(HSS)两侧安装直流电压互感器，采用两端电压差的保护原理对高速并联开关(HSS)进行保护，至少可减少8台直流电压互感器的投资。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为直流高速并联开关配置示意图；

图2为基于电流判据的HSS1和HSS3保护原理图；

图3为基于电流判据的HSS2保护原理图；

图4为基于电压判据的HSS1和HSS3保护原理图；

图5为基于电压判据的HSS2保护原理图；

图6为大地回线方式下站1-站2-站3线运行原理图；

图7为大地回线方式下站3带站1-站3线OLT原理图；

图8为站1-站2金属回线方式-站2充电原理图。

图标：1-汇流母线，2-送端换流站，3-受端换流站，31-极母线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例：

多端直流工程包括若干相互连接的换流站，以及连接换流站的若干高速并联开关。本实施例中，多端直流工程的换流站包括一个送端换流站2和两个受端换流站3。换流站之间的连接至少有一个是汇流母线1。换流站包括若干常直站、若干柔直站或者若干常直站、若干柔直站的任意组合。如图1所示，多端直流工程的送端站(站1)和两个受端换流站3(站2、站3)通过6个高速并联开关连接。站1与汇流母线1双极均通过汇流母线区域第一刀闸Q1连接；站2与汇流母线1之间双极均通过第二刀闸Q2和站2极母线刀闸Q9连接，其中，第二刀闸Q2连接汇流母线1。同时，站2极母线刀闸Q9后通过第一高速并联开关HSS1连接站2；两极的汇流母线1均在第一刀闸Q1后端向站3方向依次连接有第三刀闸Q3、第四刀闸Q4和极母线刀闸Q9。同时，两个汇流母线1分别于第三刀闸Q3和第四刀闸Q4之间设置有第二高速并联开关HSS2。两个极母线刀闸Q9后端均通过第三高速并联开关HSS3连接站3。

站1还包括设于四个换流阀之间的IDSG开关，与IDSG开关连接的IDEE1开关和IDEE2开关，IDEE1开关和IDEE2开关之间并联。

站2还包括设于四个换流阀之间的IDSG开关，与IDSG开关连接的IDEE1开关和IDEE2开关，IDEE1开关和IDEE2开关之间并联。

站3还包括设于四个换流阀之间的IDSG开关，与IDSG开关连接的IDEE1开关和IDEE2开关，IDEE1开关和IDEE2开关之间并联。

高速并联开关HSS是否偷跳可以根据检测电流或电压两种方式判断。

基于电流判据的HSS保护应用于系统HVDC运行时的各类工况，保护原理为：若HSS发生偷跳，保护系统通过判断开关位置及流过HSS电流是否超过定值，延时出口重合HSS或闭锁相应极。

受端换流站3极母线31HSS1或HSS3保护判据框图如图2所示。仅在本站本极HVDC运行工况下(OPN)，开关变为分位时，若IdCH>Iset，则判断HSS1或HSS3发生偷跳。此时，延时出口重合或闭锁三站，保护定值如表1所示。

表1：

站2和站3间汇流母线1的HSS2保护判据框图如图3所示。仅在站3对应极HVDC运行工况下(OPN)，开关变为分位时，若汇流母线1区站3侧线路电流IdL2_3>Iset，则判断HSS2发生偷跳，延时出口，保护定值如表2所示。

表2：

多端直流工程还存在OLT、STATCOM、柔直换流站充电、柔直换流站在线投入等工况。这些工况下均不传输直流功率，基于电流判据的单一原理HSS保护无法满足各种工况下对HSS偷跳的保护，因此采用基于电压判据改进HSS保护判据。

受端换流站3极母线31HSS1和HSS3保护判据框图如图4所示。在换流阀带电情况下(ENG：阀侧有压，阀厅刀闸连接)，若HSS1和HSS3开关位置在分位，满足极母线31上测量的直流电压|UdCH|>Uset，极母线31直流电流|IdCH|≤Iset，则认为HSS1或HSS3在无直流功率传输的工况下发生偷跳，经过短延时后重合HSS，若重合不成功，保护经长延时发Y-ESOF命令，保护定值如表3所示。

表3：

站2为柔直换流站，则站2在线投入需先分站内HSS1，合上汇流母线1上的刀闸Q2后再合站内HSS1，为避免在该工况下保护误动，通过控保下发的分HSS命令ORD_HSS_OPEN短时闭锁HSS开关保护。

站2和站3间汇流母线1的HSS2保护判据框图如图5所示。若HSS2开关位置在分位，同时满足汇流母线1第三刀闸Q3和第四刀闸Q4均在合位、|UdL_BUS-UdL2_3|>Uset、汇流母线1区站3侧线路电流|IdL2_3|≤Iset三个条件，则认为HSS2无直流功率传输的工况下发生偷跳，经过短延时后重合开关，若重合不成功，保护经长延时发X-ESOF命令(三个换流站紧急停运)，保护定值如表4所示。由于UdL_BUS/UdL2_3分压器与HSS2之间通过刀闸连接，因此两侧压差需要考虑刀闸在合位。

表4：

本实施例的HSS保护动作情况分析如下：

1、HVDC运行时基于电流判据的HSS保护动作分析：

以极1为例，若系统接线为大地回线，且在站1、站2、站3三端运行方式下，则极1的HSS1、HSS2、HSS3开关均在合闸位置，如图6所示。任一HSS发生偷跳，在开关分闸后短时间内基于电流判据HSS保护系统检测到IdCH/IdL2_3有电流，则认为HSS偷跳，保护发出重合HSS命令，重合不成功则发闭锁命令。基于电压判据HSS保护检查到IdCH/IdL2_3有电流，保护闭锁。

其他运行方式情况下的分析方法与上述相似，不在此赘述。

2、基于电压判据的HSS保护动作分析。

(1)OLT/STATCOM运行时HSS动作特性分析：

以极1为例，若系统接线为大地回线，站3带站1-站3线OLT方式下，则极1的HSS1开关在分闸位置，HSS2、HSS3开关在合闸位置，如图7所示。若HSS3发生偷跳，基于电压判据的HSS3保护判断站3OLT在非运行(OPN)换流阀带电(ENG)情况下HSS3开关位置出现分位，极母线31上测量的直流电压UdCH>Uset，则认为HSS3发生偷跳，HSS保护能正确动作；若HSS2发生偷跳，基于电压判据的HSS2保护判断站3非运行(OPN)换流阀带电(ENG)情况下，HSS2开关位置出现分位，且汇流母线1Q3、Q4在合位，满足|UdL_BUS(汇流母线1电压)-UdL2_3(汇流母线1区域站3出线侧电压)|>Uset，则认为HSS2发生偷跳，HSS保护能正确动作；此时不属于HVDC运行状态，基于电流判据的HSS保护闭锁。

其他运行方式情况下的分析方法与上述相似，不在此赘述。

(2)柔直换流站充电时HSS保护动作特性分析

以极1为例，在站1-站2两端金属回线方式下对站2进行充电，极1的HSS1开关在合闸位置，HSS2、HSS3开关在分闸位置，如图8所示。若HSS1发生偷跳，判断此时本站本极在换流阀带电(ENG)情况下，HSS1出现分位，极母线31上测量的直流电压UdCH>Uset，则认为HSS发生偷跳，HSS1保护能正确动作。

其他运行方式情况下的分析方法与上述相似，不在此赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多端直流工程基于高速并联开关的保护系统，其特征是：所述多端直流工程包括汇流母线(1)、送端换流站(2)、若干受端换流站(3)和若干高速并联开关；所述送端换流站(2)至少一极连接所述汇流母线(1)的一端；若干受端换流站(3)至少一极设置有连接所述汇流母线(1)的极母线(31)；每个极母线(31)均设置有高速并联开关；所述汇流母线(1)于相邻两个受端换流站(3)之间也设置有高速并联开关；汇流母线(1)于汇流母线(1)的高速并联开关两侧均设置有隔离开关；

系统HVDC输送功率工况下运行时，若某一高速并联开关发生偷跳，保护通过判断开关位置及流过高速并联开关的电流是否超过定值，延时出口重合某一高速并联开关或闭锁相应极；

无直流功率传输的工况运行时，在换流阀带电情况下，若某一极母线(31)上的高速并联开关位置在分位，满足该极母线(31)上测量的直流电压|UdCH|>Uset，且该极母线(31)直流电流|IdCH|≤Iset，则认为该高速并联开关在无直流功率传输的工况下发生偷跳，经过延时后重合该高速并联开关，若重合不成功，延时发出本站紧急停运命令；

无直流功率传输的工况运行时，汇流母线(1)区域对应极的高速并联开关保护判据如下：

若高速并联开关位置在分位，同时满足高速并联开关两侧隔离开关在合位、|汇流母线(1)电压-高速并联开关对应出线侧线路电压|>Uset、高速并联开关对应出线侧线路电流|IdL|≤Iset，则认为高速并联开关在无直流功率传输的工况下发生偷跳，延时后重合开关，若重合不成功，延时发出送端换流站(2)和所有受端换流站(3)的紧急停运命令。

2.根据权利要求1所述的多端直流工程基于高速并联开关的保护系统，其特征是：所述汇流母线(1)设置有两个；所述受端换流站(3)设置有两个；所述送端换流站(2)两极各连接一个所述汇流母线(1)；两个所述受端换流站(3)的两极各通过一个极母线(31)连接至一个所述汇流母线(1)。

3.根据权利要求2所述的多端直流工程基于高速并联开关的保护系统，其特征是：受端换流站(3)极母线(31)的高速并联开关保护判据如下：仅在受端换流站(3)一极HVDC输送功率工况下，本极高速并联开关变为分位时，若|IdCH|>Iset，则判断相应的高速并联开关发生偷跳，延时出口重合或闭锁所有站。

4.根据权利要求2所述的多端直流工程基于高速并联开关的保护系统，其特征是：所述送端换流站(2)两极各连接一个所述汇流母线(1)；若干所述受端换流站(3)的两极各通过一个极母线(31)连接至一个所述汇流母线(1)；

汇流母线(1)的高速并联开关保护判据如下：高速并联开关出线侧换流站的一极在HVDC输送功率工况下，高速并联开关变为分位时，若高速并联开关出线侧线路电流|IdL|>Iset，则判断高速并联开关发生偷跳，延时出口重合或闭锁所有站。

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