[發明專利]一種模塊化多電平多端柔性直流系統直流故障處理方法

有效

• 申請號: 201210537259.0
• 申請日: 2012-12-13
• 公開（公告）號: CN103066573A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 林暢;賀之淵;孔明;楊杰;朱琳;包海龍;劉雋
• 申請（專利權）人: 國網智能電網研究院;中電普瑞電力工程有限公司;上海市電力公司;國家電網公司
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明屬于電力系統柔性直流輸電技術領域，具體涉及一種模塊化多電平多端柔性直流系統直流故障處理方法。

背景技術

用于柔性直流輸電的模塊化多電平換流器(Modular?Multilevel?Converter，MMC)采用目前國際上較為流行的新型模塊化多電平拓撲結構。其是一種新興起的適用于柔性直流輸電技術的電壓源換流器，具有對期間一直出發動態均壓要求低、擴展性好、輸出電壓波形品質高、開關頻率低、運行損耗低等諸多優點。模塊化多電平式柔性直流輸電在建立多端系統方面比基于晶閘管的傳統直流輸電系統有更強的優勢，如從根本上消除了換相失敗、一站故障后其余幾個站可以正常運行、省去了濾波器、占地面積小等。其核心單元——子模塊(Sub?Module，SM)是由兩個帶有反并聯二極管的可關斷的電力電子開關器件和一個電容器構成的半橋結構。多端模塊化多電平換流器的基本拓撲結構如圖1所示，其由三個相單元(Phase?Module或Phase?Unit)組成，每個相單元包含上下對稱的換流橋臂(Converter?Leg)，而每個換流橋臂又由多個子模塊和一個橋臂電抗器串聯而成。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接換流站并聯方式連接。

多端模塊化多電平柔性直流輸電系統直流側故障時，特別需注意直流側線路接線方式,及時、正確的處理直流故障,把故障影響降到最低，從而保證換流站內設備安全和直流系統的安全穩定運行。由于多端并聯連接的直流網絡中，柔性直流輸電直流側暫時故障的動態過程特性與兩端系統一致，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，整個多端柔性直流輸電系統停運，與交流系統失去聯系。各個端的換流站均閉鎖跳閘，影響范圍廣。

直流側暫時故障時，為了抑制換流站設備的過流，保證設備安全，通常采用直接閉鎖換流器跳交流側斷路器的方法實現。目前，浙江大學徐政等人申請的申請號為201110251630.2，名稱為“一種具有處理直流故障功能的多電平換流器”的專利提出通過采用全橋換流器拓撲并在直流側設置直流故障處理單元的方法實現，當直流側發生短路故障，系統能夠自限制清除直流故障電流，可實現系統暫時性故障的及時處理。但不適用于模塊化多電平結構，且未提及多端系統。

在徐政的另一篇專利，申請號為201210064542.6，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”的專利中提出通過建立柔直雙極結構形式，采用故障時單級故障閉鎖，而健全極運行不受影響的方法。該方法提高了系統可靠性，且該結構采用中間引出接地點，易于系統分期建設和增容擴建，同時接地支路為在單極大地回線運行方式下的系統提供電流回流通路。但該方案故障時按照永直流久性故障處理，且未涉及多端系統的故障處理方法。同時，該方法改變柔直拓撲結構較大，不適用于模塊化多電平拓撲結構。

上述兩種方法均是基于兩端換流站的故障處理過程，且均未考慮到暫時性直流故障的故障恢復問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種模塊化多電平多端柔性直流系統直流故障處理方法，簡單易行、可靠，減小了暫時性直流故障對多個換流站的影響，有效保證了暫時性故障清除后的系統及時恢復運行，同時保障設備運行安全。

本發明的多端柔性直流系統是指至少有兩個的柔性直流輸電系統通過直流線路連接。

本發明提供的一種模塊化多電平多端柔性直流系統直流故障處理方法，其改進之處在于，所述方法包括如下步驟：

（1）繼電保護裝置實時檢測多端柔性直流系統，若檢測到直流故障點后，跳開該直流線路兩端的斷路器，各站的換流器均保持運行狀態；

（2）將跳開的斷路器合閘，檢測故障是否消失，若故障未消失，則再次跳開斷路器，否則進行步驟（3）；

（3）所述直流線路投入使用，系統正常運行。

其中，步驟（1）所述繼電保護裝置檢測直流故障點的方法包括：

1）當直流線路兩端斷路器處的繼電保護裝置檢測出該直流線路兩端電流方向相反，則判斷為故障線路；

2）當直流線路兩端斷路器處的繼電保護裝置檢測出電流方向相同，但該條直流線路電壓與另一極直流電壓絕對值差值較大，且流過兩個斷路器的電流數值不相等時，則判斷為故障線路。

其中，步驟（1）所述檢測到直流故障點后，跳開該直流線路兩端的斷路器時，若所述斷路器的切斷時間過長（時間過長是指斷路器的切斷時間不能抑制直流故障的過流，即切斷時間大于產生過流的時間），則閉鎖換流站清除暫時故障，其步驟包括：

①閉鎖各端換流器，但交流線路的斷路器繼續運行；