CN114977131A - 一种串并联型柔性互联开关及其配电系统和故障保护方法 - Google Patents

一种串并联型柔性互联开关及其配电系统和故障保护方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114977131A
CN114977131A CN202210918095.XA CN202210918095A CN114977131A CN 114977131 A CN114977131 A CN 114977131A CN 202210918095 A CN202210918095 A CN 202210918095A CN 114977131 A CN114977131 A CN 114977131A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fault
switch
series
parallel
flexible interconnection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210918095.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114977131B (zh
Inventor
范心明
蒋维
董镝
宋安琪
李新
张殷
罗容波
李国伟
王俊波
张建文
唐琪
黄静
陈邦发
刘石生
程志秋
施刚
周剑桥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corp
Original Assignee
Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corp filed Critical Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corp
Priority to CN202210918095.XA priority Critical patent/CN114977131B/zh
Publication of CN114977131A publication Critical patent/CN114977131A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114977131B publication Critical patent/CN114977131B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/268—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for dc systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/081—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
    • G01R31/086—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in power transmission or distribution networks, i.e. with interconnected conductors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/20—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/22—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for distribution gear, e.g. bus-bar systems; for switching devices
    • H02H7/222—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for distribution gear, e.g. bus-bar systems; for switching devices for switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1864—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein the stepless control of reactive power is obtained by at least one reactive element connected in series with a semiconductor switch
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明涉及一种串并联型柔性互联开关及其配电系统和故障保护方法，该开关包括直流母线、静止同步补偿器和n个半桥子模块，每个半桥子模块包括上开关管、下开关管和第一电容，下开关管上并联有使该半桥子模块快速旁路的旁路开关，每个半桥子模块的输出端设置有机械式断路器，机械式断路器用于与交流馈线连接；每条交流馈线上安装有配电保护设备和用于切除馈线的机械分段开关；直流母线上并联有直流卸荷模块。通过交流馈线区域的故障信息所有开关管、旁路开关、机械分段开关和/或直流卸荷模块闭锁，切除故障馈线，实现可以快速地定位故障并隔离故障，有效地抑制故障电流，保护使用该串并联型柔性互联开关的配电系统和开关设备不受损坏。

Description

一种串并联型柔性互联开关及其配电系统和故障保护方法
技术领域
本发明涉及柔性互联开关技术领域，尤其涉及一种串并联型柔性互联开关及其配电系统和故障保护方法。
背景技术
随着分布式能源渗透率的提高、电动汽车的规模化接入和用户负荷的多样化发展，配电网更易出现电压越限、馈线过载、双向潮流等问题，严重影响配电网的安全、经济运行。用柔性互联开关(soft normally-open point, SNOP)代替配电网中的传统联络开关可以有效解决上述问题。SNOP可对所连的多条馈线之间的潮流进行控制，也可实现柔性通断切换控制，并可提供电能质量治理功能。传统的SNOP拓扑结构基于背靠背电压源换流器(back-to-back voltage source converter, BTB-VSC)， BTB-VSC为全功率拓扑结构，成本高、体积大，不利于大规模推广应用。
如现有“X. Feng, J. Zhang, J. Zhou, G. Shi and X. Cai, “A novelembedded muti-port flexible alternative current interconnector fordistribution network,” in IEEE 2021 Energy Conversion Congress and Exposition- Asia, 2021, pp. 1051-1056.” 中提出了一种串并联型柔性互联开关(serial-shunttype soft normally open point，SS-SNOP)，该串并联型柔性互联开关的拓扑的串联部分为由多个半桥型子模块组合而成的多端口互连模块(multi-port interconnectionmodule， MIM)，串并联型柔性互联开关的并联部分为静止同步补偿器(staticsynchronous compensator，STATCOM)。与BTB-VSC相比，该串并联型柔性互联开关的拓扑具有更高的功率密度、更小的体积以及更灵活的扩展性。但由于SS-SNOP的串并联结构，当交流馈线发生短路故障时，其他馈线也会出现较大的故障电流。此外，在短路情况下，开关器件会因过流、过压而损坏。
发明内容
本发明实施例提供了一种串并联型柔性互联开关及其配电系统和故障保护方法，用于解决现有柔性互联开关的拓扑结构在交流馈线发生短路故障，其开关器件会过流、过压损坏，影响配电网运行的技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种串并联型柔性互联开关，包括直流母线以及与所述直流母线连接的静止同步补偿器和n个半桥子模块，每个所述半桥子模块包括上开关管、下开关管以及与所述上开关管和所述下开关管并联连接的第一电容，所述上开关管与所述下开关管串联连接，所述下开关管上并联有使该半桥子模块快速旁路的旁路开关，每个所述半桥子模块的输出端设置有机械式断路器，所述机械式断路器用于与一条交流馈线连接；每条所述交流馈线上安装有配电保护设备和用于切除馈线的机械分段开关；所述直流母线上并联有用于过压保护的直流卸荷模块；n为大于1的自然数，所述交流馈线所在区域记为交流馈线区域。
优选地，所述旁路开关包括两个反向并联的晶闸管。
优选地，所述直流卸荷模块包括卸荷开关管、卸荷电阻和卸荷半导体元件，所述卸荷电阻与所述卸荷半导体元件并联连接，所述卸荷电阻与所述卸荷半导体元件并联后一端与所述直流母线连接，所述卸荷电阻与所述卸荷半导体元件并联的另一端与所述卸荷开关管连接。
优选地，所述静止同步补偿器包括多个全桥子模块和用于快速旁路每个所述全桥子模块的机械开关，所述机械开关设置在每个所述全桥子模块的交流输出端口处，每个所述全桥子模块上并联有直流卸荷模块。
本发明还提供一种串并联型柔性互联开关的配电系统，包括三相输电线路和每相所述输电线路上设置有上述所述的串并联型柔性互联开关，三相输电线路的串并联型柔性互联开关通过静止同步补偿器并联连接。
本发明还提供一种串并联型柔性互联开关的故障保护方法，应用于上述所述的串并联型柔性互联开关的配电系统上，若交流馈线区域的交流馈线发生故障，该故障保护方法包括以下步骤：
获取交流馈线区域的交流馈线发生故障的故障类型；
根据所述故障类型控制串并联型柔性互联开关上所有开关管、旁路开关、机械分段开关和/或直流卸荷模块闭锁，切除故障馈线；
所述故障类型包括交流馈线过流故障、串并联型柔性互联开关过流故障和串并联型柔性互联开关直流电压异常。
优选地，根据所述故障类型控制串并联型柔性互联开关上所有开关管、旁路开关、机械分段开关和/或直流卸荷模块闭锁，切除故障馈线包括：若所述故障类型为串并联型柔性互联开关过流故障，控制串并联型柔性互联开关中所有开关管闭锁，经死区时间后，控制旁路开关和与该所述旁路开关对应半桥子模块输出端的半桥子模块闭锁，切除故障馈线。
优选地，根据所述故障类型控制串并联型柔性互联开关上所有开关管、旁路开关、机械分段开关和/或直流卸荷模块闭锁，切除故障馈线包括：
若所述故障类型为交流馈线过流故障，获取交流馈线过流故障的电气量数据，根据所述电气量数据确定故障发生在交流馈线的保护区还是动作区；
若所述故障发生在交流馈线的保护区，采用串并联型柔性互联开关过流故障方式切除故障馈线；
若所述故障发生在交流馈线的动作区，控制与该交流馈线对应的机械分段开关闭锁，切除故障馈线。
优选地，根据所述电气量数据确定故障发生在交流馈线的保护区还是动作区包括：若所述电气量数据满足第一判断条件确定故障发生在交流馈线的保护区；若所述电气量数据不满足第一判断条件且满足第二判断条件确定故障发生在交流馈线的动作区，所述第一判断条件为交流馈线两端流向故障位置电流和的绝对值大于电流整定值；所述第二判断条件为所述电气量数据的阻抗角在灵敏角范围内。
优选地，根据所述故障类型控制串并联型柔性互联开关上所有开关管、旁路开关、机械分段开关和/或直流卸荷模块闭锁，切除故障馈线包括：
若所述故障类型为串并联型柔性互联开关直流电压异常，控制串并联型柔性互联开关中所有开关管闭锁，经死区时间后，控制旁路开关闭锁和直流卸荷模块工作；
若该串并联型柔性互联开关无其他保护动作，则控制交流馈线区域中所有机械分段开关闭锁，停止交流馈线区域的工作。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：该串并联型柔性互联开关及其配电系统和故障保护方法，该开关包括直流母线、静止同步补偿器和n个半桥子模块，每个半桥子模块包括上开关管、下开关管和第一电容，上开关管与下开关管串联连接，下开关管上并联有使该半桥子模块快速旁路的旁路开关，每个半桥子模块的输出端设置有机械式断路器，机械式断路器用于与一条交流馈线连接；每条交流馈线上安装有配电保护设备和用于切除馈线的机械分段开关；直流母线上并联有用于过压保护的直流卸荷模块。该串并联型柔性互联开关通过交流馈线区域的故障信息所有开关管、旁路开关、机械分段开关和/或直流卸荷模块闭锁，切除故障馈线，实现可以快速地定位故障并隔离故障，有效地抑制故障电流，保护使用该串并联型柔性互联开关的配电系统和开关设备不受损坏；解决了现有柔性互联开关的拓扑结构在交流馈线发生短路故障，其开关器件会过流、过压损坏，影响配电网运行的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例所述的串并联型柔性互联开关的电路原理图；
图2为本发明实施例所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法的步骤流程图；
图3为本发明实施例所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法的方向保护判定图；
图4为本发明实施例所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法的馈线2发生两相短路故障时馈线1电流波形图；
图5为本发明实施例所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法的馈线2发生两相短路故障时馈线2电流波形图；
图6为本发明实施例所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法的馈线2发生两相短路故障时馈线3电流波形图；
图7为本发明实施例所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法的馈线2发生两相短路故障时STATCOM输出电流波形图；
图8为本发明实施例所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法的馈线2发生两相短路故障时直流母线电压波形图；
图9为本发明实施例所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法的馈线2发生两相短路故障时STATCOM中全桥子模块的电容电压波形图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请提出一种串并联型柔性互联开关及其配电系统和故障保护方法，用于解决了现有柔性互联开关的拓扑结构在交流馈线发生短路故障，其开关器件会过流、过压损坏，影响配电网运行的技术问题。
实施例一：
图1为本发明实施例所述的串并联型柔性互联开关的电路原理图。
如图1所示，本发明提供一种串并联型柔性互联开关，包括直流母线以及与直流母线连接的静止同步补偿器STATCOM和n个半桥子模块10，每个半桥子模块10包括上开关管、下开关管以及与上开关管和下开关管并联连接的第一电容，上开关管与下开关管串联连接；下开关管上并联有使该半桥子模块10快速旁路的旁路开关11，每个半桥子模块10的输出端设置有机械式断路器PCC，机械式断路器PCC用于与一条交流馈线连接，每条交流馈线上安装有配电保护设备和用于切除馈线的机械分段开关；直流母线上并联有用于对半桥子模块10过压保护的直流卸荷模块12；n为大于1的自然数，交流馈线所在区域记为交流馈线区域，机械式断路器PCC、半桥子模块10、直流母线和静止同步补偿器STATCOM所在区域记为本体区域。
需要说明的是，开关管课可以为IGBT管、MOS管等。
在本发明实施例中，如图1所示，n为3，3个半桥子模块10通过直流母线构成串并联型柔性互联开关的多端口互联的输出端，该输出端为半桥子模块10的输出端。且每个半桥子模块10的输出端均与一个机械式断路器PCC连接，机械式断路器PCC用于切除与其对应交流馈线的连接。
在本发明实施例中，下开关管上并联有使该半桥子模块10快速旁路的旁路开关11，能够让该旁路开关11的半桥子模块10实现快速旁路，并与该半桥子模块10连接的交流馈线的电压钳位至0V附近。
需要说明的是，旁路开关包括两个反向并联的晶闸管。
在本发明实施例中，直流母线上并联有用于过压保护的直流卸荷模块12，直流卸荷模块12用于直流母线电压过压保护。
需要说明的是，直流卸荷模块包括卸荷开关管、卸荷电阻和卸荷半导体元件，卸荷电阻与卸荷半导体元件并联连接，卸荷电阻与卸荷半导体元件并联后一端与直流母线连接，卸荷电阻与卸荷半导体元件并联的另一端与卸荷开关管连接，卸荷开关管还与直流母线连接。
在本发明实施例中，每条交流馈线上安装有配电保护设备和用于切除馈线的机械分段开关。交流馈线的各段配电馈线均安装有机械分段开关，便于准确切除故障馈线。
需要说明的是，配电网保护设备的保护包含交流电流过流保护、交流电流差动保护、方向保护等。
本发明提供的串并联型柔性互联开关，包括直流母线、静止同步补偿器和n个半桥子模块，每个半桥子模块包括上开关管、下开关管和第一电容，上开关管与下开关管串联连接，下开关管上并联有使该半桥子模块快速旁路的旁路开关，每个半桥子模块的输出端设置有机械式断路器，机械式断路器用于与一条交流馈线连接；每条交流馈线上安装有配电保护设备和用于切除馈线的机械分段开关；直流母线上并联有用于过压保护的直流卸荷模块。该串并联型柔性互联开关通过交流馈线区域的故障信息所有开关管、旁路开关、机械分段开关和/或直流卸荷模块闭锁，切除故障馈线，实现可以快速地定位故障并隔离故障，有效地抑制故障电流，保护使用该串并联型柔性互联开关的配电系统和开关设备不受损坏；解决了现有柔性互联开关的拓扑结构在交流馈线发生短路故障，其开关器件会过流、过压损坏，影响配电网运行的技术问题。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，静止同步补偿器STATCOM包括多个全桥子模块20和用于快速旁路每个全桥子模块20的机械开关21，机械开关21设置在每个所述全桥子模块的交流输出端口处，每个全桥子模块20上并联有直流卸荷模块。
需要说明的是，机械开关21用于快速旁路静止同步补偿器STATCOM中各个全桥子模块20。每个全桥子模块20上设置有多个开关管。静止同步补偿器STATCOM与直流母线并联连接。
实施例二：
如图1所示，在本发明还提供一种串并联型柔性互联开关的配电系统，包括三相输电线路和每相输电线路上设置有上述的串并联型柔性互联开关，三相输电线路的串并联型柔性互联开关通过静止同步补偿器并联连接。即是静止同步补偿器的一个输出端与每相输电线路的直流母线连接，静止同步补偿器的另一个输出端与其他相静止同步补偿器的另一输出端连接。
需要说明的是，实施例二配电系统中串并联型柔性互联开关的内容已经在实施例一中详细阐述了，在实施例二不再重复对串并联型柔性互联开关的内容阐述。
实施例三：
图2为本发明实施例所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法的步骤流程图，图3为本发明实施例所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法的方向保护判定图。
如图2所示，本发明还提供一种串并联型柔性互联开关的故障保护方法，应用于上述串并联型柔性互联开关的配电系统上，若交流馈线区域的交流馈线发生故障，该故障保护方法包括以下步骤：
S10.获取交流馈线区域的交流馈线发生故障的故障类型。
需要说明的是，故障类型包括交流馈线过流故障、串并联型柔性互联开关过流故障和串并联型柔性互联开关直流电压异常。
S20.根据故障类型控制串并联型柔性互联开关上所有开关管、旁路开关、机械分段开关和/或直流卸荷模块闭锁，切除故障馈线。
需要说明的是，实施例三故障保护方法中串并联型柔性互联开关的配电系统的内容已经在实施例二中详细阐述了，在实施例二不再重复对串并联型柔性互联开关的配电系统的内容阐述。在本实施例中，该串并联型柔性互联开关的故障保护方法根据不同的故障类型，执行本体区域中串并联型柔性互联开关上所有开关管、旁路开关、机械分段开关和/或直流卸荷模块闭锁，切除故障馈线；实现切除串并联型柔性互联开关的配电系统与故障馈线的连接，避免故障进一步影响其他正常馈线，从而使故障对串并联型柔性互联开关的配电系统的影响最小化。其中，发生故障后，串并联型柔性互联开关的半桥子模块的开关管全部闭锁，半桥子模块被旁路开关旁路，没有电流流经公共连接半桥子模块的第一电容，所以第一电容电压可以维持在额定范围内；与直流母线并联连接的静止同步补偿器STATCOM中全桥子模块的开关管闭锁后，并联支路电流为0，没有电流流经静止同步补偿器STATCOM中全桥子模块电容，所以静止同步补偿器STATCOM的全桥子模块电容电压可以维持在额定范围内；使得故障隔离后的电容电压保持在额定工作范围内，有利于串并联型柔性互联开关的配电系统上非故障区域的供电恢复，提高串并联型柔性互联开关的配电系统供电可靠性。
在本发明实施例中，根据故障类型控制串并联型柔性互联开关上所有开关管、旁路开关、机械分段开关和/或直流卸荷模块闭锁，切除故障馈线包括：
若故障类型为交流馈线过流故障，获取交流馈线过流故障的电气量数据，根据电气量数据确定故障发生在交流馈线的保护区还是动作区；
若故障发生在交流馈线的保护区，采用串并联型柔性互联开关过流故障方式切除故障馈线；
若故障发生在交流馈线的动作区，控制与该交流馈线对应的机械分段开关闭锁，切除故障馈线，从而使故障对串并联型柔性互联开关的配电系统的影响最小化。其中，根据电气量数据确定故障发生在交流馈线的保护区还是动作区包括：若电气量数据满足第一判断条件确定故障发生在交流馈线的保护区；若电气量数据不满足第一判断条件且满足第二判断条件确定故障发生在交流馈线的动作区，第一判断条件为交流馈线两端流向故障位置电流和的绝对值大于电流整定值；第二判断条件为电气量数据的阻抗角在灵敏角范围内。
需要说明的是，若故障类型为交流馈线过流故障，根据电气量数据并采用配电保护设备的纵向电流差动保护交流馈线区域的故障是否在保护区内，若故障在保护区内，则将故障信息（如交流馈线区域内的跳闸数据）传送至本体区域进行保护。电气量数据包括电流、电压、功率等数据。若电气量数据不满足第一判断条件后，根据电气量数据采用第二判断条件判断故障是否发生在交流馈线的动作区还是非动作区。在判断故障是否在在交流馈线的动作区还是非动作区过程中，采用配电保护设备的方向保护检测故障位置。在本实施例中，保护区指的是纵向电流差动保护区的区域范围，若故障发生在这一区域范围内，称之为区内故障，若故障发生在这一区域范围外，称之为区外故障。动作区指的是方向保护的动作区，若阻抗角的大小满足方向保护的动作方程式（即是第二判断条件），则位于动作区，如图3所示。
在本发明实施例中，第一判断条件的表达式为：
Figure 167492DEST_PATH_IMAGE001
，I h 和I t 为交流馈线两端流向故障位置电流，I set 为电流整定值。第二判断条件的表达式为：
Figure 146949DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 5315DEST_PATH_IMAGE003
为配电保护设备的方向保护的最灵敏角，
Figure 400524DEST_PATH_IMAGE004
为交流馈线开关的阻抗角。
在本发明实施例中，根据故障类型控制串并联型柔性互联开关上所有开关管、旁路开关、机械分段开关和/或直流卸荷模块闭锁，切除故障馈线包括：若故障类型为串并联型柔性互联开关过流故障，控制串并联型柔性互联开关中所有开关管闭锁，经死区时间后，控制旁路开关和与该旁路开关对应半桥子模块输出端的半桥子模块闭锁，切除故障馈线。
需要说明的是，当交流馈线发生故障后，检测到与串并联型柔性互联开关的互联端口（如半桥子模块输出端）连接的交流馈线过流或接收到交流馈线发送的保护跳闸信息，说明需要采用串并联型柔性互联开关过流故障方式切除故障馈线，串并联型柔性互联开关过流故障方式切除故障馈线指的是首先将串并联型柔性互联开关的全桥子模块和半桥子模块中所有开关管闭锁，经死区时间后，触发半桥子模块的旁路开关11闭锁，同时触发对应输出端出口处的机械式断路器闭锁，切除与该机械式断路器连接的交流馈线的连接，避免故障进一步影响其他正常交流馈线。其中，死区时间可以根据需求自行设置，此处不作详细限定。
在本发明实施例中，根据故障类型控制串并联型柔性互联开关上所有开关管、旁路开关、机械分段开关和/或直流卸荷模块闭锁，切除故障馈线包括：
若故障类型为串并联型柔性互联开关直流电压异常，控制串并联型柔性互联开关中所有开关管闭锁，经死区时间后，控制旁路开关闭锁和直流卸荷模块工作；
若该串并联型柔性互联开关无其他保护动作，则控制交流馈线区域中所有机械分段开关闭锁，停止交流馈线区域的工作。
需要说明的是，串并联型柔性互联开关直流电压异常指的是直流母线的电压和静止同步补偿器中全桥子模块的电容电压出现过压或欠压。串并联型柔性互联开关根据其直流电压异常，首先将串并联型柔性互联开关的全桥子模块和半桥子模块中所有开关管闭锁，经死区时间后，触发每个半桥子模块的旁路开关，并将发生过压的静止同步补偿器中全桥子模块的直流卸荷模块投入工作，之后，若串并联型柔性互联开关接收到来自其他保护的故障信息，则等待其他保护动作；否则，判定为串并联型柔性互联开关的配电系统上PI控制器故障，那么需要触发与串并联型柔性互联开关输出端连接所有交流馈线的机械分段开关闭锁，使串并联型柔性互联开关停止工作。PI控制器是指用于控制串并联型柔性互联开关的配电系统的各馈线功率以及内部电容电压平衡和母线电压平衡的控制器。
图4为本发明实施例所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法的馈线2发生两相短路故障时馈线1电流波形图，图5为本发明实施例所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法的馈线2发生两相短路故障时馈线2电流波形图，图6为本发明实施例所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法的馈线2发生两相短路故障时馈线3电流波形图，图7为本发明实施例所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法的馈线2发生两相短路故障时STATCOM输出电流波形图，图8为本发明实施例所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法的馈线2发生两相短路故障时直流母线电压波形图，图9为本发明实施例所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法的馈线2发生两相短路故障时STATCOM中全桥子模块的电容电压波形图。
如图1所示，该串并联型柔性互联开关的故障保护方法通过以三条交流馈线与串并联型柔性互联开关连接作为案例说明，该串并联型柔性互联开关的馈线2发生两相短路故障，采用该串并联型柔性互联开关的故障保护方法对串并联型柔性互联开关的配电系统进行故障检测与故障清除。故障时序设置为：故障在t=0.1s发生，电流过流保护加上旁路开关11导通时间设定为1.5ms，死区时间50ms后，在t=0.15s时刻，馈线2短路点左右两端机械分段开关跳闸，同时SS-SNOP与馈线2相连的互联端口出口处的机械式断路器跳闸。以下结合具体的仿真实例来对上述串并联型柔性互联开关和串并联型柔性互联开关的故障保护方法的应用进行进一步说明；结合上述实施例，以下采用MATLAB/Simulink软件针对串并联型柔性互联开关的配电系统进行仿真验证，仿真参数如表1所示。
表1为仿真参数表
Figure DEST_PATH_IMAGE005
公共连接电容是并联在直流母线正与负间的电容。根据图4至图9所示仿真结果表明，交流馈线发生短路故障时，通过该串并联型柔性互联开关的故障保护方法可以有效地降低故障电流对于串并联型柔性互联开关的影响。故障的交流馈线跳闸完成后，其余正常交流馈线的电流迅速恢复到安全范围内，由于SS-SNOP串并联型柔性互联开关退出运行，此时的交流馈线电流呈现自然分配的状态，串并联型柔性互联开关中STATCOM的电流快速降低至零，串并联型柔性互联开关的直流母线电压和STATCOM中全桥子模块的电容电压在故障隔离后，放电速度缓慢，能继续维持在额定工作电压范围内，有利于故障隔离后串并联型柔性互联开关的配电系统的供电恢复。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种串并联型柔性互联开关，包括直流母线以及与所述直流母线连接的静止同步补偿器和n个半桥子模块，每个所述半桥子模块包括上开关管、下开关管以及与所述上开关管和所述下开关管并联连接的第一电容，所述上开关管与所述下开关管串联连接，其特征在于，所述下开关管上并联有使该半桥子模块快速旁路的旁路开关，每个所述半桥子模块的输出端设置有机械式断路器，所述机械式断路器用于与一条交流馈线连接；每条所述交流馈线上安装有配电保护设备和用于切除馈线的机械分段开关；所述直流母线上并联有用于过压保护的直流卸荷模块；n为大于1的自然数，所述交流馈线所在区域记为交流馈线区域。
2.根据权利要求1所述的串并联型柔性互联开关，其特征在于，所述旁路开关包括两个反向并联的晶闸管。
3.根据权利要求1所述的串并联型柔性互联开关，其特征在于，所述直流卸荷模块包括卸荷开关管、卸荷电阻和卸荷半导体元件，所述卸荷电阻与所述卸荷半导体元件并联连接，所述卸荷电阻与所述卸荷半导体元件并联后一端与所述直流母线连接，所述卸荷电阻与所述卸荷半导体元件并联的另一端与所述卸荷开关管连接。
4.根据权利要求1所述的串并联型柔性互联开关，其特征在于，所述静止同步补偿器包括多个全桥子模块和用于快速旁路每个所述全桥子模块的机械开关，所述机械开关设置在每个所述全桥子模块的交流输出端口处，每个所述全桥子模块上并联有直流卸荷模块。
5.一种串并联型柔性互联开关的配电系统，其特征在于，包括三相输电线路和每相所述输电线路上设置有如权利要求1-4任意一项所述的串并联型柔性互联开关，三相输电线路的串并联型柔性互联开关通过静止同步补偿器并联连接。
6.一种串并联型柔性互联开关的故障保护方法，其特征在于，应用于如权利要求5所述的串并联型柔性互联开关的配电系统上，若交流馈线区域的交流馈线发生故障，该故障保护方法包括以下步骤：
获取交流馈线区域的交流馈线发生故障的故障类型；
根据所述故障类型控制串并联型柔性互联开关上所有开关管、旁路开关、机械分段开关和/或直流卸荷模块闭锁，切除故障馈线；
所述故障类型包括交流馈线过流故障、串并联型柔性互联开关过流故障和串并联型柔性互联开关直流电压异常。
7.根据权利要求6所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法，其特征在于，根据所述故障类型控制串并联型柔性互联开关上所有开关管、旁路开关、机械分段开关和/或直流卸荷模块闭锁，切除故障馈线包括：若所述故障类型为串并联型柔性互联开关过流故障，控制串并联型柔性互联开关中所有开关管闭锁，经死区时间后，控制旁路开关和与该所述旁路开关对应半桥子模块输出端的半桥子模块闭锁，切除故障馈线。
8.根据权利要求6所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法，其特征在于，根据所述故障类型控制串并联型柔性互联开关上所有开关管、旁路开关、机械分段开关和/或直流卸荷模块闭锁，切除故障馈线包括：
若所述故障类型为交流馈线过流故障，获取交流馈线过流故障的电气量数据，根据所述电气量数据确定故障发生在交流馈线的保护区还是动作区；
若所述故障发生在交流馈线的保护区，采用串并联型柔性互联开关过流故障方式切除故障馈线；
若所述故障发生在交流馈线的动作区，控制与该交流馈线对应的机械分段开关闭锁，切除故障馈线。
9.根据权利要求8所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法，其特征在于，根据所述电气量数据确定故障发生在交流馈线的保护区还是动作区包括：若所述电气量数据满足第一判断条件确定故障发生在交流馈线的保护区；若所述电气量数据不满足第一判断条件且满足第二判断条件确定故障发生在交流馈线的动作区，所述第一判断条件为交流馈线两端流向故障位置电流和的绝对值大于电流整定值；所述第二判断条件为所述电气量数据的阻抗角在灵敏角范围内。
10.根据权利要求6所述的串并联型柔性互联开关的故障保护方法，其特征在于，根据所述故障类型控制串并联型柔性互联开关上所有开关管、旁路开关、机械分段开关和/或直流卸荷模块闭锁，切除故障馈线包括；
若所述故障类型为串并联型柔性互联开关直流电压异常，控制串并联型柔性互联开关中所有开关管闭锁，经死区时间后，控制旁路开关闭锁和直流卸荷模块工作；
若该串并联型柔性互联开关无其他保护动作，则控制交流馈线区域中所有机械分段开关闭锁，停止交流馈线区域的工作。
CN202210918095.XA 2022-08-01 2022-08-01 一种串并联型柔性互联开关及其配电系统和故障保护方法 Active CN114977131B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210918095.XA CN114977131B (zh) 2022-08-01 2022-08-01 一种串并联型柔性互联开关及其配电系统和故障保护方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210918095.XA CN114977131B (zh) 2022-08-01 2022-08-01 一种串并联型柔性互联开关及其配电系统和故障保护方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114977131A true CN114977131A (zh) 2022-08-30
CN114977131B CN114977131B (zh) 2022-12-30

Family

ID=82970058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210918095.XA Active CN114977131B (zh) 2022-08-01 2022-08-01 一种串并联型柔性互联开关及其配电系统和故障保护方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114977131B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115967088A (zh) * 2023-03-15 2023-04-14 广东电网有限责任公司佛山供电局 一种柔性互联开关的配电故障自愈方法及相关装置
CN116667345A (zh) * 2023-07-31 2023-08-29 广东电网有限责任公司佛山供电局 一种串并联型多端口柔性互联设备的充电控制方法及装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102064555A (zh) * 2010-12-31 2011-05-18 中电普瑞科技有限公司 采用机械开关的链式statcom链节单元旁路结构
CN104934950A (zh) * 2015-06-10 2015-09-23 西安理工大学 一种多级直流配电馈线的保护方法
CN107332217A (zh) * 2017-08-10 2017-11-07 国电南瑞科技股份有限公司 含柔性互联装置的配电保护的协同架构、装置及协同方法
CN112510715A (zh) * 2020-10-31 2021-03-16 上海交通大学 一种多端口交流电网柔性互联装置及其控制方法和系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102064555A (zh) * 2010-12-31 2011-05-18 中电普瑞科技有限公司 采用机械开关的链式statcom链节单元旁路结构
CN104934950A (zh) * 2015-06-10 2015-09-23 西安理工大学 一种多级直流配电馈线的保护方法
CN107332217A (zh) * 2017-08-10 2017-11-07 国电南瑞科技股份有限公司 含柔性互联装置的配电保护的协同架构、装置及协同方法
CN112510715A (zh) * 2020-10-31 2021-03-16 上海交通大学 一种多端口交流电网柔性互联装置及其控制方法和系统

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SUJUAN HUANG: "Research on and Application of Fault Disposal in Flexible Interconnection Distribution Network", 《2020 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON ADVANCES IN ELECTRICAL ENGINEERING AND COMPUTER APPLICATIONS(AEECA)》 *
XIN FENG: "A Novel Embedded Muti-port Flexible Alternative Current Interconnector for Distribution Network", 《2021 IEEE 12TH ENERGY CONVERSION CONGRESS & EXPOSITION - ASIA (ECCE-ASIA)》 *
曾永浩等: "三端柔性多状态开关运行控制与示范应用", 《中国电力》 *
程明: "《可再生能源发电技术（第2版）》", 31 October 2020, 机械工业出版社 *
魏志文等: "中压配电网柔性互联示范工程技术方案设计", 《电力建设》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115967088A (zh) * 2023-03-15 2023-04-14 广东电网有限责任公司佛山供电局 一种柔性互联开关的配电故障自愈方法及相关装置
CN115967088B (zh) * 2023-03-15 2023-05-16 广东电网有限责任公司佛山供电局 一种柔性互联开关的配电故障自愈方法及相关装置
CN116667345A (zh) * 2023-07-31 2023-08-29 广东电网有限责任公司佛山供电局 一种串并联型多端口柔性互联设备的充电控制方法及装置
CN116667345B (zh) * 2023-07-31 2024-03-19 广东电网有限责任公司佛山供电局 一种串并联型多端口柔性互联设备的充电控制方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN114977131B (zh) 2022-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2740012C1 (ru) Продольный компенсатор и способ управления
CN114977131B (zh) 一种串并联型柔性互联开关及其配电系统和故障保护方法
US11355957B2 (en) Isolated parallel UPS system with choke bypass switch
KR102124287B1 (ko) 플렉시블 dc 송전용 컨버터 스테이션 내 고장에 대한 스위치 배치 및 고장 제거 방법
CA2874029C (en) Method of fault clearance
Choi et al. A series compensator with fault current limiting function
US20220085596A1 (en) Protection apparatus and protection method for photovoltaic power generation system
WO2013079937A2 (en) Power converter
CN110350496B (zh) 一种多端柔性直流电网故障限流方法及装置
CN106026041B (zh) 用于柔性直流互联装置出口线路的纵联保护方法
CN107947214B (zh) 一种多端柔性直流输电系统的启动方法
CN214707147U (zh) 一种供电系统中相间短路处理装置
CN112366669A (zh) 多端直流输电系统中限流电抗器优化配置方法及装置
CN111463761A (zh) 多端柔性直流系统的直流故障保护与控制方法
CN114825276A (zh) 贯通同相牵引供电系统的变流器保护系统及方法
Kheirollahi et al. Optimal coordination of ultrafast solid-state circuit breakers in DC microgrids
CN111740385B (zh) 一种用于三相变频电源的方法
CN113708351B (zh) 用于直流故障穿越的换流器及控制方法
CN114389239B (zh) 一种手拉手接线方式的母线保护电压判定方法、装置及存储介质
CN117117795A (zh) 用于hvdc换流站的故障保护方法及装置
Smith et al. An Investigation into the Limitations of the Combined dv/dt and di/dt Protection Technique for Compact dc Distribution Systems
CN118508385A (zh) 柔性直流配电线路故障处理方法、系统及电子设备
CN116915040A (zh) 一种混合模块化多电平换流器及主动限流控制方法
CN115378018A (zh) 一种并联电压源型阀组控制方法及控制装置
JP2001333537A (ja) 電源設備

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant