專利名稱：一種模塊化多電平多端柔性直流系統(tǒng)直流故障處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)柔性直流輸電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種模塊化多電平多端柔性直流系統(tǒng)直流故障處理方法。
背景技術(shù)：
用于柔性直流輸電的模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter,MMC)采用目前國(guó)際上較為流行的新型模塊化多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其是一種新興起的適用于柔性直流輸電技術(shù)的電壓源換流器，具有對(duì)期間一直出發(fā)動(dòng)態(tài)均壓要求低、擴(kuò)展性好、輸出電壓波形品質(zhì)高、開關(guān)頻率低、運(yùn)行損耗低等諸多優(yōu)點(diǎn)。模塊化多電平式柔性直流輸電在建立多端系統(tǒng)方面比基于晶閘管的傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)有更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，如從根本上消除了換相失敗、一站故障后其余幾個(gè)站可以正常運(yùn)行、省去了濾波器、占地面積小等。其核心單元一子模塊(Sub Module, SM)是由兩個(gè)帶有反并聯(lián)二極管的可關(guān)斷的電力電子開關(guān)器件和一個(gè)電容器構(gòu)成的半橋結(jié)構(gòu)。多端模塊化多電平換流器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，其由三個(gè)相單元(Phase Module或Phase Unit)組成,每個(gè)相單元包含上下對(duì)稱的換流橋臂(Converter Leg)，而每個(gè)換流橋臂又由多個(gè)子模塊和一個(gè)橋臂電抗器串聯(lián)而成。多端連接方式與兩電平和三電平柔性直流輸電方式相同，采用T接換流站并聯(lián)方式連接。多端模塊化多電平柔性直流輸電系統(tǒng)直流側(cè)故障時(shí)，特別需注意直流側(cè)線路接線方式，及時(shí)、正確的處理直流故障，把故障影響降到最低，從而保證換流站內(nèi)設(shè)備安全和直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。由于多端并聯(lián)連接的直流網(wǎng)絡(luò)中，柔性直流輸電直流側(cè)暫時(shí)故障的動(dòng)態(tài)過(guò)程特性與兩端系統(tǒng)一致，可采取相同的處理措施，可跳開交流線路斷路器隔離故障。此時(shí)，整個(gè)多端柔性直流輸電系統(tǒng)停運(yùn)，與交流系統(tǒng)失去聯(lián)系。各個(gè)端的換流站均閉鎖跳閘，影響范圍廣。直流側(cè)暫時(shí)故障時(shí)，為了抑制換流站設(shè)備的過(guò)流，保證設(shè)備安全，通常采用直接閉鎖換流器跳交流側(cè)斷路器的方法實(shí)現(xiàn)。目前，浙江大學(xué)徐政等人申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?01110251630. 2，名稱為“一種具有處理直流故障功能的多電平換流器”的專利提出通過(guò)采用全橋換流器拓?fù)洳⒃谥绷鱾?cè)設(shè)置直流故障處理單元的方法實(shí)現(xiàn)，當(dāng)直流側(cè)發(fā)生短路故障，系統(tǒng)能夠自限制清除直流故障電流，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)暫時(shí)性故障的及時(shí)處理。但不適用于模塊化多電平結(jié)構(gòu)，且未提及多端系統(tǒng)。在徐政的另一篇專利，申請(qǐng)?zhí)枮?01210064542. 6，名稱為“一種具有直流故障自清除能力的雙極直流輸電系統(tǒng)”的專利中提出通過(guò)建立柔直雙極結(jié)構(gòu)形式，采用故障時(shí)單級(jí)故障閉鎖，而健全極運(yùn)行不受影響的方法。該方法提高了系統(tǒng)可靠性，且該結(jié)構(gòu)采用中間引出接地點(diǎn)，易于系統(tǒng)分期建設(shè)和增容擴(kuò)建，同時(shí)接地支路為在單極大地回線運(yùn)行方式下的系統(tǒng)提供電流回流通路。但該方案故障時(shí)按照永直流久性故障處理，且未涉及多端系統(tǒng)的故障處理方法。同時(shí)，該方法改變?nèi)嶂蓖負(fù)浣Y(jié)構(gòu)較大，不適用于模塊化多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。上述兩種方法均是基于兩端換流站的故障處理過(guò)程，且均未考慮到暫時(shí)性直流故障的故障恢復(fù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種模塊化多電平多端柔性直流系統(tǒng)直流故障處理方法，簡(jiǎn)單易行、可靠，減小了暫時(shí)性直流故障對(duì)多個(gè)換流站的影響，有效保證了暫時(shí)性故障清除后的系統(tǒng)及時(shí)恢復(fù)運(yùn)行，同時(shí)保障設(shè)備運(yùn)行安全。本發(fā)明的多端柔性直流系統(tǒng)是指至少有兩個(gè)的柔性直流輸電系統(tǒng)通過(guò)直流線路連接。本發(fā)明提供的一種模塊化多電平多端柔性直流系統(tǒng)直流故障處理方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括如下步驟(I)繼電保護(hù)裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)多端柔性直流系統(tǒng)，若檢測(cè)到直流故障點(diǎn)后，跳開該直流線路兩端的斷路器，各站的換流器均保持運(yùn)行狀態(tài)；(2)將跳開的斷路器合閘，檢測(cè)故障是否消失，若故障未消失，則再次跳開斷路器，否則進(jìn)行步驟(3)；(3)所述直流線路投入使用，系統(tǒng)正常運(yùn)行。其中，步驟(I)所述繼電保護(hù)裝置檢測(cè)直流故障點(diǎn)的方法包括I)當(dāng)直流線路兩端斷路器處的繼電保護(hù)裝置檢測(cè)出該直流線路兩端電流方向相反，則判斷為故障線路；2)當(dāng)直流線路兩端斷路器處的繼電保護(hù)裝置檢測(cè)出電流方向相同，但該條直流線路電壓與另一極直流電壓絕對(duì)值差值較大，且流過(guò)兩個(gè)斷路器的電流數(shù)值不相等時(shí)，則判斷為故障線路。其中，步驟(I)所述檢測(cè)到直流故障點(diǎn)后，跳開該直流線路兩端的斷路器時(shí)，若所述斷路器的切斷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)(時(shí)間過(guò)長(zhǎng)是指斷路器的切斷時(shí)間不能抑制直流故障的過(guò)流，即切斷時(shí)間大于產(chǎn)生過(guò)流的時(shí)間)，則閉鎖換流站清除暫時(shí)故障，其步驟包括①閉鎖各端換流器，但交流線路的斷路器繼續(xù)運(yùn)行；②將跳開的斷路器合閘，檢測(cè)故障是否消失，若故障消失，則解鎖換流器，若故障未消失，則進(jìn)行步驟③；③再次跳開直流斷路器，直至?xí)簳r(shí)故障消失后，直流斷路器合上，解鎖換流器，系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。其中，步驟(2)所述跳開的斷路器合閘，檢測(cè)故障是否消失，其檢測(cè)故障的判據(jù)如下 I)當(dāng)直流線路兩端斷路器處的繼電保護(hù)裝置檢測(cè)出該直流線路兩端電流方向相反，則判斷為故障線路；2 )當(dāng)直流線路兩端斷路器處的繼電保護(hù)裝置檢測(cè)出電流方向相同，但該條直流線路電壓與另一極直流電壓絕對(duì)值差值較大，且流過(guò)兩個(gè)斷路器的電流數(shù)值不相等時(shí)，則判斷為故障線路。其中，步驟2)中直流線路電壓與另一極直流電壓絕對(duì)值差值較大是指柔性直流系統(tǒng)輸出端的兩線路電壓不平衡度超過(guò)30% 40%。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的有益效果為1、本發(fā)明的多端直流側(cè)故障位置判斷方法適用于暫態(tài)故障和永久故障；
2、本發(fā)明的故障處理方法簡(jiǎn)單易行、方法可靠，故障恢復(fù)迅速；3、本發(fā)明有效避免了直流暫時(shí)故障時(shí)的換流站閉鎖，避免了整個(gè)柔直系統(tǒng)的停運(yùn)；4、本發(fā)明在故障時(shí)未閉鎖的換流站無(wú)需附加的控制策略配合，不用增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度；5、本發(fā)明設(shè)計(jì)的故障處理方法適用于多端系統(tǒng)，其給未來(lái)多端系統(tǒng)的應(yīng)用提供基礎(chǔ)；6、本發(fā)明通過(guò)繼電保護(hù)裝置檢測(cè)直流故障點(diǎn)的方法簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。7、本發(fā)明通過(guò)重新合閘檢測(cè)故障點(diǎn)是否消失，若故障消失則系統(tǒng)重新投入使用，其實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)恢復(fù)的及時(shí)性，避免了電網(wǎng)的大幅度波動(dòng)；8、本發(fā)明配合換流站短時(shí)閉鎖的控制方法，有效地保護(hù)設(shè)備安全。


圖1為本發(fā)明提供的模塊化多電平換流器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明提供的多端柔性直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖(雙極短路故障)。圖3為本發(fā)明提供的多端柔性直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖(單極故障)。圖4為本發(fā)明提供 的多端柔性直流輸電系統(tǒng)故障處理方法。圖5為本發(fā)明提供的換流站閉鎖故障處理方法。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例針對(duì)多端柔性直流系統(tǒng)暫時(shí)性直流故障問(wèn)題，給出了多端柔性直流系統(tǒng)直流故障處理方法。本實(shí)施例的多端柔性直流系統(tǒng)，以三端為例，在其直流線路上設(shè)置有三組繼電器(Sn、S")、(S2_p S2_2)和(S3YSp2)和三組對(duì)應(yīng)的繼電保護(hù)裝置(可為繼電器)，每組的一個(gè)繼電器和對(duì)應(yīng)的繼電保護(hù)裝置設(shè)置在柔性直流系統(tǒng)的直流端，另一個(gè)繼電器和對(duì)應(yīng)的繼電保護(hù)裝置設(shè)置在直流線路上，設(shè)置在同一直流線路上的繼電器放置在一起。如圖2和圖3所示的系統(tǒng)，其中兩條直流線路的繼電器Sg聯(lián)動(dòng)。首先結(jié)合圖2、圖3，說(shuō)明多端直流故障線路判斷方法直流側(cè)故障可分為雙極短路故障和單極接地故障兩類。兩類故障時(shí)線路兩端流過(guò)電流方向如圖上開關(guān)處箭頭方向所示。因此多端線路故障判斷方法為I)當(dāng)某段線路兩側(cè)開關(guān)處的繼電保護(hù)裝置檢測(cè)出電流方向相反(如圖2中Sm和S1^2的電流方向所示)，則判斷為故障線路；2 )當(dāng)某段線路兩側(cè)開關(guān)處的繼電保護(hù)裝置檢測(cè)出電流方向相同，但該條線路電壓與另一極直流電壓絕對(duì)值差值較大，且流過(guò)兩開關(guān)的電流數(shù)值不一樣時(shí)，則判斷該線路為故障線路。本實(shí)施例的直流線路電壓與另一極直流電壓絕對(duì)值差值較大是指柔性直流系統(tǒng)輸出端的兩線路電壓不平衡度超過(guò)30% 40%。(不平衡度通過(guò)絕對(duì)值差除以柔性直流系統(tǒng)輸出正常的電壓值得到。)此故障判斷方法不僅適用于直流暫態(tài)故障位置判斷更適用于永久故障位置判斷。
本實(shí)施例的多端柔性直流系統(tǒng)直流故障處理方法，其流程如圖4所示，具體步驟包括(I)繼電保護(hù)裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)多端柔性直流系統(tǒng)，若檢測(cè)到直流故障點(diǎn)后，跳開該直流線路兩端的斷路器Si_2和S卜”隔離故障段直流線路，各站的換流器均保持運(yùn)行狀態(tài)不閉鎖；(2)將跳開的兩個(gè)斷路器合閘(其根據(jù)控制自動(dòng)合閘)，繼電保護(hù)裝置檢測(cè)故障是否消失，若故障未消失，則再次跳開斷路器，若故障消失則進(jìn)行步驟(3);(3)直流線路投入使用，系統(tǒng)正常運(yùn)行。由于暫時(shí)性故障，線路切斷時(shí)間短，因此未閉鎖的換流站無(wú)需附加的控制切換。考慮到若直流斷路器的切斷時(shí)間不能抑制直流故障的過(guò)流，需閉鎖換流站清除暫時(shí)故障。其流程圖如圖5所示，具體步驟如下①檢測(cè)到直流故障點(diǎn)后，跳開該直流線路兩端的斷路器Sn和S1+隔離故障段直流線路，閉鎖各端換流器，但不跳交流線路斷路器；②將跳開的斷路器合閘，檢測(cè)故障是否消失，若故障消失，則解鎖換流器，若故障未消失，則進(jìn)行步驟③；③再次跳開直流斷路器，直至?xí)簳r(shí)故障消失后，直流斷路器合上，解鎖換流器，系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。此方法在故障時(shí)，通過(guò)直流斷路器有效切斷了故障線路，有效避免了各個(gè)換流站的停運(yùn)，保證了直流線路暫時(shí)性故障恢復(fù)后，系統(tǒng)的快速恢復(fù)運(yùn)行，無(wú)需重新啟動(dòng)。最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)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(duì)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多端柔性直流系統(tǒng)直流故障處理方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 (1)繼電保護(hù)裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)多端柔性直流系統(tǒng)，若檢測(cè)到直流故障點(diǎn)后，跳開該直流線路兩端的斷路器，各站的換流器均保持運(yùn)行狀態(tài)； (2)將跳開的斷路器合閘，檢測(cè)故障是否消失，若故障未消失，則再次跳開斷路器，否則進(jìn)行步驟(3)； (3)所述直流線路投入使用，系統(tǒng)正常運(yùn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，步驟(I)所述繼電保護(hù)裝置檢測(cè)直流故障點(diǎn)的方法包括 1)當(dāng)直流線路兩端斷路器處的繼電保護(hù)裝置檢測(cè)出該直流線路兩端電流方向相反，則判斷為故障線路； 2)當(dāng)直流線路兩端斷路器處的繼電保護(hù)裝置檢測(cè)出電流方向相同，但該條直流線路電壓與另一極直流電壓絕對(duì)值差值較大，且流過(guò)兩個(gè)斷路器的電流數(shù)值不相等時(shí)，則判斷為故障線路。
3.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，步驟(I)所述檢測(cè)到直流故障點(diǎn)后，跳開該直流線路兩端的斷路器時(shí)，若所述斷路器的切斷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則閉鎖換流站清除暫時(shí)故障，其步驟包括 ①閉鎖各端換流器，但交流線路的斷路器繼續(xù)運(yùn)行； ②將跳開的斷路器合閘，檢測(cè)故障是否消失，若故障消失，則解鎖換流器，若故障未消失，則進(jìn)行步驟③； ③再次跳開直流斷路器，直至?xí)簳r(shí)故障消失后，直流斷路器合上，解鎖換流器，系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。
4.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，步驟(2)所述跳開的斷路器合閘，檢測(cè)故障是否消失，其檢測(cè)故障的判據(jù)如下 1)當(dāng)直流線路兩端斷路器處的繼電保護(hù)裝置檢測(cè)出該直流線路兩端電流方向相反，則判斷為故障線路； 2)當(dāng)直流線路兩端斷路器處的繼電保護(hù)裝置檢測(cè)出電流方向相同，但該條直流線路電壓與另一極直流電壓絕對(duì)值差值較大，且流過(guò)兩個(gè)斷路器的電流數(shù)值不相等時(shí)，則判斷為故障線路。
5.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，步驟2)中所述直流線路電壓與另一極直流電壓絕對(duì)值差值較大是指柔性直流系統(tǒng)輸出端的兩線路電壓不平衡度超過(guò)30% 40%。
6.如權(quán)利要求3所述的處理方法，其特征在于，所述斷路器的切斷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)是指切斷時(shí)間大于產(chǎn)生過(guò)流的時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種模塊化多電平多端柔性直流系統(tǒng)直流故障處理方法，包括步驟有(1)繼電保護(hù)裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)多端柔性直流系統(tǒng)，若檢測(cè)到直流故障點(diǎn)后，跳開該直流線路兩端的斷路器，各站的換流器均保持運(yùn)行狀態(tài)；(2)將跳開的斷路器合閘，檢測(cè)故障是否消失，若故障未消失，則再次跳開斷路器，否則進(jìn)行步驟(3)；(3)所述直流線路投入使用，系統(tǒng)正常運(yùn)行。本發(fā)明簡(jiǎn)單易行、可靠，減小了暫時(shí)性直流故障對(duì)多個(gè)換流站的影響，有效保證了暫時(shí)性故障清除后的系統(tǒng)及時(shí)恢復(fù)運(yùn)行，同時(shí)保障設(shè)備運(yùn)行安全。
文檔編號(hào)H02H7/26GK103066573SQ201210537259
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者林暢, 賀之淵, 孔明, 楊杰, 朱琳, 包海龍, 劉雋 申請(qǐng)人:國(guó)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(guó)家電網(wǎng)公司