專利名稱：一種模塊化多電平柔性直流系統(tǒng)直流故障過電壓抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流線路故障下應(yīng)用的控制方法，具體涉及一種模塊化多電平柔性直流系統(tǒng)直流故障過電壓抑制方法。
背景技術(shù)：
柔性直流技術(shù)相對于常規(guī)直流技術(shù)來說，其諧波含量低，不需要濾波器，能夠靈活的控制有功和無功輸出，不需要無功補(bǔ)償裝置，同時不會發(fā)生換相失敗，占地小，各方面的優(yōu)異性能使其受到較多的關(guān)注，近年來，模塊化多電平技術(shù)的產(chǎn)生更為柔性直流技術(shù)提出了一種更易于擴(kuò)展的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此，世界上的柔性直流工程量呈現(xiàn)爆發(fā)性的增長，我國的柔性直流技術(shù)也有了長足的進(jìn)步。模塊化多電平換流器由6個橋臂組成，每個橋臂由多個子模塊(Submodule，SM)串聯(lián)而成，子模塊是由兩個IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)及電容器組成的半橋結(jié)構(gòu)，其工作原理是通過IGBT器件的開通和關(guān)斷，將電容投入電路或者退出電路，合理的控制多個子模塊的投入和退出，就可以在交直流側(cè)形成穩(wěn)定的電壓，從而形成穩(wěn)定的系統(tǒng)工作點(diǎn)進(jìn)行功率傳輸。由于采用疊加逼近的方法，其諧波含量很低，沒有無功需求，性能較現(xiàn)有的常規(guī)直流技術(shù)相對靈活。與常規(guī)直流輸電技術(shù)相比，柔性直流輸電技術(shù)價(jià)格相對昂貴，這是因?yàn)槿嵝灾绷鞑捎肐GBT器件，同時，為了降低直流線路故障概率，目前的系統(tǒng)大多采用電纜輸電技術(shù)，兩者的價(jià)格均相對較高。因此，合理的設(shè)計(jì)系統(tǒng)參數(shù)，提出有效的方法降低設(shè)備參數(shù)要求裕度，就成為降低系統(tǒng)造價(jià)的關(guān)鍵因素。直流線路單極對地故障是對柔性直流電纜耐壓要求相對較高的幾種故障之一?，F(xiàn)有的柔性直流輸電技術(shù)采用單極對稱結(jié)構(gòu)，正常運(yùn)行時，柔性直流含有兩根電纜，正極電纜的對地電壓為+Ud/2，負(fù)極電纜的對地電壓為-Ud/2，均為電纜的額定電壓水平，然而，當(dāng)發(fā)生直流線路單極對地故障時，故障極電纜通過故障點(diǎn)放電，電位被迅速箝位為零，此時，由于換流閥由多組電容串聯(lián)而成，健全極電纜的電壓會被該電容迅速充電，經(jīng)過一定的暫態(tài)過程箝位為額定值的2倍，更嚴(yán)重的是，在暫態(tài)過程中，由于電纜被震蕩充電，該過電壓甚至接近額定值的3倍，對電纜的耐壓水平提出了很大的要求，如果不采取其他措施，即使安裝避雷器，其過壓水平仍在2倍以上，處于相對較高的水平。這種過電壓必須通過一定的手段抑制來降低設(shè)備的絕緣要求，從而減小系統(tǒng)造價(jià)及占地等?？蓞⒖嫉脑薪鉀Q方案僅有常規(guī)直流的過壓保護(hù)措施，其一般采取的措施是通過控制保護(hù)策略，結(jié)合避雷器設(shè)計(jì)來抑制故障下的過電壓水平。然而，由于常規(guī)直流的過電壓原理和柔性直流截然不同，其故障保護(hù)策略設(shè)計(jì)也完全不同，因此兩者不可能套用相應(yīng)的控制保護(hù)策略設(shè)計(jì)和相應(yīng)的抑制措施。對于柔性直流技術(shù)本身來說，目前報(bào)導(dǎo)的傳統(tǒng)的解決方案一般為首先通過相應(yīng)的電壓電流變化趨勢確定故障類型，然后將閉鎖脈沖發(fā)送到換流閥，從而實(shí)現(xiàn)換流閥的閉鎖，最后系統(tǒng)發(fā)送跳閘命令至交流斷路器，跳開斷路器隔離故障。相應(yīng)故障下的過電壓通過各個位置的避雷器動作配合來進(jìn)行抑制。該方法的問題在于，由于充電電壓過高，造成即使避雷器動作，能夠抑制到的過壓水平仍然不盡如人意，同時即使在閉鎖跳閘以后，直流設(shè)備仍然要長時間承受殘留的電纜電壓，因此通過更合理有效的措施來降低過電壓，極為必要。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種模塊化多電平柔性直流系統(tǒng)直流故障過電壓抑制方法，該方法有效降低直流線路單極接地故障下的過電壓水平，從而降低了對直流場設(shè)備和換流閥的絕緣設(shè)計(jì)要求，有效降低系統(tǒng)絕緣造價(jià)，優(yōu)化了系統(tǒng)相關(guān)性能。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種模塊化多電平柔性直流系統(tǒng)直流故障過電壓抑制方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括下述步驟A、檢測直流線路故障；B、檢測到故障后，降低直流電壓設(shè)定參數(shù)水平；C、設(shè)定送端站傳輸功率反向；D、閉鎖換流閥；E、跳開直流線路斷路器。其中，所述步驟A中，通過檢測直流線路正負(fù)極電壓和正負(fù)極電流參數(shù)數(shù)值的變化，或正負(fù)極電壓和正負(fù)極電流參數(shù)上升速率的變化來檢測故障；所述故障為單極接地故 障。其中，所述步驟B中，檢測到故障以后，通過模塊化多電平柔性直流系統(tǒng)的控制系統(tǒng)發(fā)送保護(hù)動作命令，換流站接收到保護(hù)動作命令以后，降低直流電壓設(shè)定參數(shù)水平，降低水平在O. 7^1之間。其中，所述步驟C中，檢測到故障以后，通過模塊化多電平柔性直流系統(tǒng)的控制系統(tǒng)發(fā)送保護(hù)動作命令，送端站接收到保護(hù)動作命令以后，設(shè)定傳輸功率為反向，即送端站變?yōu)槭芏苏荆蛔畲蠓聪蚬β试O(shè)定為 兩名頁。其中，所述步驟D中，在(TlOms內(nèi)發(fā)送閉鎖命令至換流閥，閉鎖整個換流閥的觸發(fā)脈沖，使其不導(dǎo)通。其中，所述步驟E中，閉鎖換流閥的同時發(fā)送跳閘命令至直流線路的交流斷路器，使交流斷路器跳閘動作，使其迅速跳閘，同時鎖定交流斷路器防止其重合，若交流斷路器跳閘失敗，重新發(fā)送命令或者應(yīng)迅速跳開下一個線路斷路器。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是本發(fā)明提供的模塊化多電平柔性直流系統(tǒng)直流故障過電壓抑制方法，有效降低直流線路單極接地故障下的過電壓水平。采用本發(fā)明后，能將直流線路故障時產(chǎn)生的過電壓降低至O. 7倍過電壓水平，從而降低了對直流場設(shè)備和換流閥的絕緣設(shè)計(jì)要求，降低了系統(tǒng)造價(jià)及占地；不需要額外的設(shè)備投資即可實(shí)現(xiàn)。


圖1是本發(fā)明提供的模塊化多電平柔性直流系統(tǒng)直流故障過電壓抑制方法流程圖；圖2是本發(fā)明提供的直流故障過電壓實(shí)際抑制示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明提供一種控制保護(hù)策略和避雷器配合動作的方案，通過采用控制保護(hù)策略和避雷器配合的方式，有效的減小了避雷器的動作能量和系統(tǒng)過電壓水平。模塊化多電平柔性直流系統(tǒng)直流故障過電壓抑制方法流程如圖1所示，具體包括下述步驟1、通過系統(tǒng)保護(hù)檢測直流線路故障；保護(hù)通過檢測直流線路正負(fù)極電壓和正負(fù)極電流參數(shù)的變化，或各參數(shù)上升速率的變化來檢測故障，一旦各參數(shù)或者各參數(shù)的組合高于或者低于所設(shè)定的保護(hù)動作數(shù)值，即認(rèn)定直流線路發(fā)生單極接地故障，并將保護(hù)動作順序流程下發(fā)至閥基控制器。2、檢測到故障以后，通過控制系統(tǒng)降低直流電壓設(shè)定水平；接收到保護(hù)動作命令以后，各個換流站應(yīng)快速降低自己的直流電壓設(shè)定參數(shù)，降低的水平根據(jù)系統(tǒng)需求而定，一般為0. 7^1即可。3、同時，將送端站功率設(shè)定為反向，釋放系統(tǒng)能量；接收到保護(hù)動作命令以后，送端站應(yīng)快速將所設(shè)定的傳輸功率設(shè)定為反向，即送端站變?yōu)槭芏苏荆O(shè)定的反向功率傳輸可以根據(jù)保護(hù)動作時的系統(tǒng)傳輸功率大小靈活確定，傳輸功率越大，反向功率可以適當(dāng)增大，最大反向功率可以設(shè)定為滿額。需要注意的是，原受端站應(yīng)保持自己的功率傳輸方向不變。4、發(fā)送閉鎖命令至換流閥，實(shí)現(xiàn)換流閥閉鎖；上述保護(hù)動作完成后，一定時間內(nèi)(一般為幾個ms，即OlOms)發(fā)送閉鎖命令至換流閥，閉鎖整個換流閥的觸發(fā)脈沖，使其不再導(dǎo)通，防止換流閥長時間承受較大的過壓過流應(yīng)力。5、發(fā)送跳閘命令至交流斷路器，實(shí)現(xiàn)斷路器跳閘動作。閉鎖換流閥的同時，應(yīng)發(fā)送跳閘命令至交流斷路器，使其迅速跳閘，同時鎖定交流斷路器防止其重合，一旦交流斷路器跳閘失敗，應(yīng)重新發(fā)送命令或者應(yīng)迅速跳開下一個線路斷路器，防止拒動。切斷故障時的換流閥，避免在故障時損壞模塊化多電平柔性直流系統(tǒng)中的設(shè)備。實(shí)施例如圖2所示，當(dāng)模塊化多電平柔性直流系統(tǒng)正常運(yùn)行時，正負(fù)極直流電壓均約0. 5倍額定電壓。當(dāng)直流線路在0. 8s發(fā)生單極接地故障，采用傳統(tǒng)保護(hù)措施時，健全極直流線路過電壓約為2. 4倍額定電壓，此時，該過電壓將對直流場設(shè)備和換流閥的絕緣造成嚴(yán)重威脅；采用本發(fā)明后，健全極直流線路過電壓能降低到2倍額定電壓以下。仿真結(jié)果表明針對單極接地故障，該發(fā)明能有效降低健全直流線路的過電壓水平，降低了對直流場設(shè)備和換流閥的絕緣設(shè)計(jì)要求，從而減 小了設(shè)備投資。在圖2中，〇UdclPmeas和口 UdclNmeas分別表示采用本發(fā)明的技術(shù)方案后的直流線路正極和負(fù)極測量電壓；A UdclPmeas和
UdclNmeas分別表示未采用本發(fā)明技術(shù)方案的直流線路正極和負(fù)極測量電壓。
最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種模塊化多電平柔性直流系統(tǒng)直流故障過電壓抑制方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟 A、檢測直流線路故障； B、檢測到故障后，降低直流電壓設(shè)定參數(shù)水平； C、設(shè)定送端站傳輸功率反向； D、閉鎖換流閥； E、跳開直流線路斷路器。
2.如權(quán)利要求1所述的直流故障過電壓抑制方法，其特征在于，所述步驟A中，通過檢測直流線路正負(fù)極電壓和正負(fù)極電流參數(shù)數(shù)值的變化，或正負(fù)極電壓和正負(fù)極電流參數(shù)上升速率的變化來檢測故障；所述故障為單極接地故障。
3.如權(quán)利要求1所述的直流故障過電壓抑制方法，其特征在于，所述步驟B中，檢測到故障以后，通過模塊化多電平柔性直流系統(tǒng)的控制系統(tǒng)發(fā)送保護(hù)動作命令，換流站接收到保護(hù)動作命令以后，降低直流電壓設(shè)定參數(shù)水平，降低水平在O. 7^1之間。
4.如權(quán)利要求1所述的直流故障過電壓抑制方法，其特征在于，所述步驟C中，檢測到故障以后，通過模塊化多電平柔性直流系統(tǒng)的控制系統(tǒng)發(fā)送保護(hù)動作命令，送端站接收到保護(hù)動作命令以后，設(shè)定傳輸功率為反向，即送端站變?yōu)槭芏苏?；最大反向功率設(shè)定為滿額。
5.如權(quán)利要求1所述的直流故障過電壓抑制方法，其特征在于，所述步驟D中，在(TlOms內(nèi)發(fā)送閉鎖命令至換流閥，閉鎖整個換流閥的觸發(fā)脈沖，使其不導(dǎo)通。
6.如權(quán)利要求1所述的直流故障過電壓抑制方法，其特征在于，所述步驟E中，閉鎖換流閥的同時發(fā)送跳閘命令至直流線路的交流斷路器，使交流斷路器跳閘動作，使其迅速跳閘，同時鎖定交流斷路器；若交流斷路器跳閘失敗，重新發(fā)送命令或者應(yīng)迅速跳開下一個線路斷路器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模塊化多電平柔性直流系統(tǒng)直流故障過電壓抑制方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟A.檢測直流線路故障；B.檢測到故障后，降低直流電壓設(shè)定參數(shù)水平；C.設(shè)定送端站傳輸功率反向；D.閉鎖換流閥；E.跳開直流線路斷路器。該方法有效降低直流線路單極接地故障下的過電壓水平，從而降低了對直流場設(shè)備和換流閥的絕緣設(shè)計(jì)要求，有效降低系統(tǒng)絕緣造價(jià)，優(yōu)化了系統(tǒng)相關(guān)性能。
文檔編號H02H3/20GK103066557SQ20121052766
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者楊杰, 王海田, 趙巖, 孔明, 閻發(fā)友 申請人:國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 中電普瑞電力工程有限公司, 上海市電力公司, 國家電網(wǎng)公司